Конгресс прошел на федеральной территории «Сириус» с 26 по 28 ноября. ЦКП «СКИФ» вступил организатором сессии«ЦКП «СКИФ» — инфраструктура для прорыва российской науки», а также закрытой встречи «Возможности ЦКП «СКИФ»для реального сектора экономики».
Спикерами мероприятий выступили как руководители и сотрудники ЦКП«СКИФ», так и коллеги и партнеры Центра. Всего на мероприятиях прозвучало 13 тематических выступлений от 11 спикеров, их участниками стали более 100 гостей Конгресса.
Также в рамках пленарной сессии Конгресса «Энергия науки: от потенциала знаний к созиданию будущего» директор Института катализа СО РАН академик РАН В. И. Бухтияров рассказал о регламенте доступа пользователей к инфраструктуре ЦКП «СКИФ».
Кроме того, на территории пространства «Научная гостиная» все дни Конгресса экспонировался макет ЦКП «СКИФ», пояснения о содержании и значении проекта, а также его развитии давали руководители и сотрудники ЦКП «СКИФ».
Эксперименты на источнике синхротронного излучения позволят промышленным предприятиям в несколько раз ускорить и удешевить производственные процессы, при этом повысив качество своего продукта. Необходимость применения синхротронных методов в фармакологической, нефтедобывающей промышленности и микроэлектронике обсудили представители научного и индустриального сообщества на V Конгрессе молодых ученых в Сириусе.
Возможности СКИФ для фарминдустрии
Создание инновационных лекарственных препаратов и технологическое лидерство в этой области — важнейшая задача каждого государства для обеспечения здоровья и безопасности населения. В настоящее время все крупные игроки мировой фарминдустрии при разработке лекарств используют методы структурной биологии. Это необходимо для понимания механизмов процессов, происходящих в живых клетках на молекулярном уровне. Ведущим таким методом является рентгеноструктурный анализ, позволяющий определить трехмерную структуру белков и других макромолекул.
На сегодняшний день в публичных базах данных содержится более 250 тыс. макромолекулярных структур, 80% из которых получено методом рентгеноструктурного анализа. Эксперименты на источниках синхротронного излучения позволяют определить структуры молекул с высокой точностью.
«По статистике, применение структурной биологии при разработке лекарств позволяет сократить в 1,5 раза как стоимость разработки, так и время разработки. Метаанализ, опубликованный в журнале Nature reviews Drug Discovery, показывает, что от наличия применения методов структурной биологии на этапах разработки зависит вероятность успеха препарата на дальнейших клинических испытаниях. Знание того, как устроена мишень, как она взаимодействует с каждым кандидатом, позволяет понимать, как работает то или иное вещество на молекулярном уровне. Не имея данной информации, мы будем работать, как в тумане, занимаясь экстенсивным перебором условий», — отметил и. о. заведующего лабораторией структурной биологии рецепторов, сопряженных с G-белком МФТИ, к.ф.-м.н. Алесей Мишин.
По словам Алексея Мишина, технологический цикл разработки лекарств на ранней стадии состоит из четырех основных этапов: идентификация молекулярной мишени; поиск соединений, которые действуют на мишень и вызывают тот или иной отклик; определение соединения-лидера и его оптимизация до нетоксичного, усвояемого организмом варианта и, наконец, доклинические исследования на животных. Вещество, прошедшее все четыре стадии, может называться веществом-кандидатом, переходящим далее уже на ступень клинических испытаний.
Если не применять структурную биологию, то исследователям приходится решать эти задачи методом скрининга библиотек и перебора большого количества соединений, что ведет к значительным финансовым и временным затратам.
«Мы сможем проводить рентгеноструктурный анализ белков на станции «Структурная диагностика» ЦКП «СКИФ». Помимо станции в Центре планируется также создание инфраструктуры для подготовки объектов, что принципиально важно для структурных исследований, где подготовка образца может быть сложнее и дольше, чем само исследование. Для эффективного функционирования научно-технической инфраструктуры необходимо формирование вокруг нее сообществ, консорциумов академических и индустриальных пользователей», — добавил Алексей Мишин.
Генеральный директор АО «НПП «Радиосвязь» Ринат Галеев рассказал о том,что синхротронные исследования помогут значительно ускорить и повысить эффективность создания сенсоров для ранней диагностики разных видов рака и средств таргетной доставки онкопрепаратов.
Предприятие долгое время сотрудничает с ФИЦ КНЦ СО РАН КрасГМУ им. В.Ф. Войно-Ясенецкого, Красноярским онкологическим диспансером в области разработки и создания полупромышленных образцов медицинских изделий, и выступает индустриальным партнером для этих организаций в части создания новых средств диагностики и терапии, наномикроэлектроники, интеллектуальных биосенсоров, бионаноманипуляторов и роботизированных систем на основе нанодисков и ДНК-аптамеров — «курьеров» для специфической доставки и «сенсоров» для обнаружения.
Предприятие создает лабораторию Бионаноэлектроники для разработки и производства инновационных средств диагностики и терапии онкологических заболеваний.
Например, совместная инновационная разработка этих организаций этих организаций — магнитные нанодиски, покрытые аптамерами, обеспечивающими адресную доставку и прикрепление к опухолевым клеткам. Эти наноскальпели в слабом, негреющем, переменном магнитном поле осциллируют и разрушают даже единичные опухолевые клетки. Это особенно важно для радикального удаления опухолей головного мозга.Лабораторные образцы наноскальпелей получены на пилотной производственной линии, разработан генератор переменного магнитного поля. Чтобы диски правильно работали, они не должны агрегировать, и молекулы аптамеров на них должны сохранять свою исходную форму, проверить это можно только с использованием методов синхротронного излучения.
Возможности СКИФ для микро- и наноэлектроники
АО «НПП «Радиосвязь» занимается созданием высокоточных систем наведения, микро и наноэлектроникой, инновационными медицинскими приложениями. Часто перед отраслью стоит проблема контроля качества нано- и микросхем, наночастиц, молекул, особенно на этапе разработки новых изделий. Нужно увидеть наноструктуры, которыенаходятся за пределами видимости.
Современное производство наноэлектроники сталкивается с серьезной проблемой — невозможностью без разрушения контролировать внутреннюю структуру, наличие скрытых элементов, аппаратных троянов или производственных дефектов. Традиционные методы деструктивного анализа не только медленны, но и не позволяют исследовать критические дефекты в рабочем состоянии изделий. Производители действуют вслепую на критических этапах контроля, что ведет к рискам и потерям.
В основе технологии, которая необходима для выхода на новый уровень, лежит метод птихографической рентгеновской томографии, который использует когерентное излучение и специальные алгоритмы для восстановления полной 3D-структуры по дифракционным данным. Это единственный метод, который позволит контролировать разработку и качество миниатюрных компонентов для наноэлектроники.
Возможности СКИФ для добывающей промышленности
Для успешной разведки и разработки месторождений геологоразведочные компании исследуют керны — образцыгорной породы, извлеченные из скважины при бурении. Для того, чтобы проанализировать, как порода «отдает» нефть под давлением, применяется закачкав керны агентов — воды, газа, полимеров и т.д.
Традиционный анализ образцов кернов, применяемый в нефтегазовых компаниях, состоит из четырех этапов: микротомография пласта на промышленном рентгеновском томографе, контрастирование образца разными агентами для визуализации мелких пор и микротрещин, далее проводится электронная микроскопия образца с применением ионного травления с помощью специальной лабораторной установки. И, наконец,на четвертом этапе выполняется микроанализ – строится карта распределение минералов в исследуемом образце.
Этот способ анализа имеет ряд недостатков — высокая стоимость лабораторного оборудования, низкое разрешение промышленного томографа. Кроме того, зачастую нефтегазовые компании сталкиваются со сложной проблемой характеризации низкопронецаемых пород со сложным строением, а таких задач становится все больше, поскольку запасы относятся к разряду трудноизвлекаемых (ТРИЗ). Если для стандартных образцов эксперименты занимают несколько часов, то для низкопроницаемых могут длиться несколько месяцев, соответственно их стоимость увеличивается в десятки раз, а информативность при этом снижается почти на 40%.
Для повышения эффективности экспериментов реализуется проект по созданию цифрового двойника керна — на основе данных рентгеновской томографии реальных образцов керна строится детальная цифровая модель образца, с помощью которой сложные и дорогостоящие эксперименты можно перевести в цифровой формат.
Создание цифрового керна с помощьюсинхротронного излучения может повысить точность и цифровых моделей и, соответственно, геологических прогнозов.
«Источник синхротронного излучения представляет для нас очень большой интерес для повышения точности исследования экспериментальных коллекторов. Сейчас пространственное разрешение наших лабораторных томографов ограничено 1,5 микронами. На станции «Микрофокус» ЦКП «СКИФ» мы надеемся получить улучшение еще хотя бы на полпорядка, что достаточно критично для увеличения точности наших расчетов. Также мы рассчитываем проводитьдинамические эксперименты на станции— визуализировать движение флюидов в поровых каналах. Еще одна важная и актуальная для нас задача — это возможность трехмерной визуализации распределения минералов в минеральной структуре горных пород», — рассказал руководитель проекта «Цифровойкерн» Группы компаний «Газпром нефть» Владислав Крутько.