10 изобретений, которые могут предложить миру учёные Казахстана

Отечественные инноваторы имеют интересные и имеющие коммерческий потенциал проекты

Есть ли жизнь на Марсе? Думается, примерно аналогичным образом звучит воп­рос: есть ли в Казахстане инновации? В сознании обывателя ни того ни другого не существует. Но при более близком рассмотрении и на Красной планете можно найти следы жизни, и в Казахстане обнаружить инновационные технологии.

Forbes Kazakhstan отобрал 10 инновационных разработок, которые, на наш взгляд, будут интересны не только читателям, но и возможным инвесторам.

 

1. Центр 3D-принтинга

Фото: Андрей Лунин
Начало проекта: 2013
Разработчик: Ерхан Алиев, кандидат физико-математических наук, заместитель генерального директора по науке и инновационным технологиям РГП «Институт проблем горения»

Содержание: Под общим руководством профессора Зулхаира Мансурова команда Ерхана Алиева изучила возможность получения сверхтонких нитей, или нановолокон, методом импульсного электроспиннинга (под воздействием импульсного высокого напряжения). В процессе работы возникла идея создавать различные изделия с помощью специальной установки, накладывая слоями нановолокна из пластмассы. Отсюда появилась более прикладная задача разработки цветного 3D-принтера, хотя изначально это не было основной целью исследования.

— Мы даже не знали, что это и есть 3D-принтинг: в то время информацию об этом не могли найти даже в интернете, – вспоминает Алиев. – Спустя буквально полгода стали массово появляться сообщения, что за рубежом над этим направлением работают уже порядка 20 лет.

В 2015 идея получила «финансовую опеку» со стороны Комитета науки МОН РК, расширившись до создания Центра 3D-принтинга. Помимо собственно разработки принтера там стали создавать новые материалы, из которых можно печатать уникальные изделия.

По мнению разработчиков, подобный принтер будет востребован образовательными учреждениями, где важно показать учащимся, как устроен тот или иной объект. Он может быть использован в отраслях, где нужно создавать штучные детали, например в авиакосмической промышленности. Кроме того, летом 2017-го группа намерена представить строительный принтер, который будет печатать здания.

На сегодня казахстанский 3D-принтинг серьезно отстает от ведущих зарубежных разработок, где с его помощью пытаются создавать человеческие органы. Тем не менее наши ученые считают, что это направление нужно развивать, чтобы идти в ногу со временем.

Цветные 3D-принтеры стоят в 20–50 раз дороже одноцветных, цена которых в Китае может быть в пределах $100–200.

 

2. Имплантаты, стимулирующие регенерацию зубной эмали

Фото: © Depositphotos.com/Nevada31
Начало проекта: 2013
Разработчики: Бауыржан Айтуов, биолог-генетик, Phd, директор ТОО «InnoDent»

Содержание: Препараты InnoDent являются аналогом человеческого протеина амелогенина, играющего ключевую роль в образовании эмали, без которого невозможно ее восстановление. InnoDent – биосовместимые имплантаты, стимулирующие природную регенерацию эмали и дентина.

Технология является неинвазивной, безболезненной, не требует препарирования и сверления, использования акриловых материалов. Показаниями к применению препарата может служить наличие у пациентов белых пятен после брекет-систем, деминерализация эмали, начальный кариес у детей, гипоплазия эмали и повышенная чувствительность.

Биоматериал (в виде порошка) растворяется в воде, наносится на поврежденный участок зуба, после чего в течение месяца происходит восстановление зубной эмали из минералов слюны за счет построения правильной кристаллической решетки, то есть происходит имитирование процесса природного образования эмали у человека. Длительность самой процедуры – 15 минут.

В 2015 технология InnoDent была запатентована в Казахстане. На сегодня 50 стоматологических клиник в нашей стране, 20 – на Украине, 10 – в России приобрели препараты InnoDent. Всего с момента основания компании в проект вложено 190 млн тенге, в том числе госфинансирование составило 40 млн тенге, остальное – частные инвестиции.

В планах InnoDent весной 2017 запустить линейку отбеливающей системы с эффектом восстановления эмали для домашнего пользования.

 

 

3. Гемосорбенты на основе углеродных материалов

 
Фото: Андрей Лунин
Начало проекта: 2012
Разработчики: РГП «Институт проблем горения» (Казахстан) и Университет Брайтона (Великобритания)

Содержание:

— Идея гемосорбции как процедуры, применяемой для детоксикации организма, отнюдь не нова, но несправедливо забыта в нашей стране, – говорит Жакпар Жандосов, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории углеродных наноматериалов и нанобиотехнологии Института проблем горения, ответственный исполнитель инновационного проекта «Наноструктурированные углеродные адсорбенты для гемоперфузии» (руководитель – профессор З.А. Мансуров).

Рынок Казахстана критически зависит от закупки гемосорбентов за рубежом, что делает процедуру очистки крови путем гемоперфузии дорогостоящей.

— Перед нами стояла задача разработать гемосорбент, по качеству не уступающий зарубежным аналогам, но более дешевый. Мы создали гемосорбционные колонки ламинарного типа, то есть углеродные монолиты сотовой структуры. Когда кровь проходит вдоль каналов колонки, не происходит трения и соударения гранул, как в случае с обычными гемосорбентами, и поэтому форменные элементы крови, те же эритроциты, разрушаются в меньшей степени, – объясняет Жандосов.

В качестве сорбционного материала используется активированный уголь, полученный на основе молотой рисовой шелухи. Это биодоступный, возобновляемый материал с минимальным содержанием токсичных веществ, в отличие от синтетических полимеров, которые применяются при производстве других гемосорбентов.

— Уникальность разработки состоит в том, что она позволяет удалять из крови пациента средне- и крупномолекулярные белковые токсины, которые образуются при развитии полиорганной недостаточности и которые участвуют в проявлении септического шока. Тот же гемодиализ работает на уровне мембраны и способен очищать кровь лишь от низкомолекулярных токсинов, – отмечает собеседник.

Разработка уже прошла предварительные (доклинические) испытания. При должном финансировании выпуск колонок можно поставить на коммерческие рельсы.

4. Зубные пломбы из яичной скорлупы

Фото: © Depositphotos.com/olhaafanasieva
 
Начало проекта: 2015
Разработчик: Чингис Даулбаев, докторант КазНУ им. аль-Фараби, специалист лаборатории энергоемких и наноматериалов Института проблем горения

Содержание: В рамках проектов коммерциализации в Институте проблем горения стартовал проект синтеза нанокристаллического порошка гидро­ксиапатита кальция из яичной скорлупы. Разработка ведется в сотрудничестве с частной стоматологической клиникой, которая попросила Даулбаева синтезировать гидроксиапатит кальция. Это вещество практически идентично человеческим костям и может применяться как пломбирующий материал в стоматологии.

Сейчас в мире существует несколько видов синтеза гидроксиапатита кальция, один из которых – синтез из оксида кальция. Нанокристаллический порошок с высоким содержанием гидроксиапатита кальция – очень дорогое вещество, получаемое из костей животных, раковин моллюсков и пр. Синтезированный гидроксиапатит кальция стоит 8–10 тыс. тенге за 1–2 грамма. На одну пломбу нужно минимум 10 граммов. В то же время такие пломбы отлично взаимодействуют с зубом, встраиваются в его структуру и со временем становятся как родные.

— Мы решили взять дешевое биологическое сырье – яичную скорлупу, – рассказывает ученый. – При температуре 900 градусов обжигаем ее в печи и получаем оксид кальция. Из него уже синтезируем гидроксиапатит кальция, который стоит значительно дешевле своих аналогов – 3–4 тыс. тенге за килограмм.

Даулбаев уже отправил в клинику пять образцов гидроксиапатита кальция в виде порошка. Там из него сделали гелиевую субстанцию и стали лечить добровольцев. Вскоре дантисты должны предоставить институту анализ испытаний.

Проект держится только на энтузиазме молодого ученого. Однако Даулбаев считает, что при должном финансировании с помощью его разработки можно наладить производство не только биопломб, но и таблеток, которые помогут в лечении таких заболеваний, как остеопороз. Сумма начальных инвестиций не астрономическая – 10 млн тенге.

 

5. Супергидрофобные спонжи для сбора разлитой нефти

Фото: архив пресс-службы
 
Начало проекта: 2013
Разработчик: Фаиль Султанов, PhD в сфере наноматериалов и нанотехнологий, РГП «Институт проблем горения»

Содержание: Проблема нефтяных разливов на слуху у всех. Как ее решают? Можно сжигать нефть, но тогда увеличивается парниковый эффект. Можно использовать сорбенты для сбора органических жидкостей с поверхности воды. Но большинство из них не отвечает требованиям, предъявляемым к эффективным сорбентам: высокая гидрофобность, большая сорбционная емкость, дешевизна, регенерируемость и экологичность.

Изначально лаборатория, где работает Фаиль Султанов, занималась графеновыми аэрогелями. Ученые установили, что данные аэрогели обладают исключительно высокой сорбционной емкостью, к примеру, 1 грамм может абсорбировать до 200 граммов керосина и других органических жидкостей различных плотностей. Но аэрогель – это дорогой и сложный для синтеза материал.

— Мы решили удешевить процесс получения материалов, способных разделять органику (нефть) и воду, – рассказывает Султанов. – У нас появилась идея использовать готовый каркас. Взяли обычную полиуретановую губку, ту, что используют все домохозяйки. Обладая отличными механическими свойствами, она впитывает и органику и воду. Мы покрыли стенки губки наноматериалами – графеном и углеродными нанотрубками, что придает ей супергидрофобность: она полностью отталкивает воду. Ввиду высокой пористости и гидрофобности данных спонжей скорость сорбции органических жидкостей высокая, при этом вода полностью отталкивается их поверхностью из-за наличия углеродных наноматериалов на стенках.

Но сорбировать спонжами, потом выжимать их и опять сорбировать – низкоэффективный процесс. Поэтому ученые решили использовать спонжи не как сорбенты, а как фильтры.

— Мы получили грант от МОН РК и разработали лабораторную установку комбинированного вакуумно-олеофильного типа. Есть вакуумная часть, которая представлена насосом, откачивающим всю жидкость (органику и воду). По приемной линии эта жидкость поступает в сборную емкость. В линию встроен супергидрофобный спонж, который в данном случае выполняет роль фильтра и не пускает в емкость воду, пропуская органику. Вода же остается снаружи, очищенная до 95–97%, – объясняет собеседник.

По словам Султанова, на базе института они могут производить супергидрофобные фильтры, выпуск же установок по селективному сбору воды и органики – уже вопрос не научный, а экономический. Решить его могут компании, у которых есть спрос на очистку водоемов от разлитой нефти. Пока они в очередь за разработкой не стоят. Возможно, просто не знают о ее существовании.

 

6. Огнезащитные краски

Фото: Андрей Лунин
 
Начало проекта: 2012
Разработчик: Лаборатория конструкционных и функциональных материалов РГП «Институт проблем горения»

Содержание: Огнезащитные краски Казахстан производил еще в прошлом веке, но после распада СССР, в 1999, Институту проблем горения пришлось возоб­новить исследования и организовать производство практически с нуля.

— Применение огнезащитных покрытий является важным элементом защиты зданий и сооружений от пожаров. Разработки оказались востребованными на рынке, поскольку пожарники предъявляли определенные требования по огнезащите новых зданий, – рассказывает Владимир Ефремов, заведующий лабораторией конструкционных и функциональных материалов.

Однако к 2010 прежние краски морально устарели, и лаборатория взялась за разработку новых формул. В результате РГП начало производить продукцию на собственной технологической линии и продавать ее под торговой маркой X-Flame.

По своим огнезащитным характеристикам покрытие X-Flame не уступает лучшим мировым аналогам. Огнезащитный состав с виду выглядит как обычная краска. Ее наносят тонким слоем на металлические несущие конструкции промышленных и гражданских объектов, и она служит нескольких лет (после этого покрытие нужно обновить).

— Если возник пожар, под действием высоких температур слой краски вспучивается, увеличиваясь в размерах в несколько десятков раз. Образовавшаяся шапка обладает низкой теплопроводностью и защищает металл от перегрева, – объясняет Ефремов. – Многие спрашивают, зачем металл защищать – он же не горит. Но у металла при нагреве снижаются прочностные свойства, при критической температуре в 500°С возможна деформация опорных балок и здание может обрушиться под собственным весом. Вспучивающийся слой защищает металл от перегрева в течение одного – двух с половиной часов, за это время могут подъехать пожарные.

В год институт продает примерно 60 тонн такого покрытия внутри Казахстана. А в 2016 РГП заключило договоры на поставку X-Flame в Россию и Киргизию.

Сейчас институт разрабатывает новый состав – для защиты деревянных конструкций.

— У него очень хорошие показатели. Скоро начнем его производить и продвигать на рынке, – обещает ученый.

 

7. Суперконденсаторы

Фото: архив пресс-службы

Начало проекта: 2015
Разработчики: Толганай Темиргалиева, докторант КазНУ им. аль-Фараби, и Сугуру Нода, профессор Университета Васеда (Япония)

Содержание: Суперконденсаторы – это аккумуляторы, которые очень быстро, в течение нескольких минут, заряжаются и отдают энергию, а также имеют очень большой цикл «заряд-разряд». Можно говорить даже о бесконечности этого цикла – от 10 тыс. до 500 тыс. «зарядов-разрядов».

«Суперсилу» конденсатора (в быту их называют «зарядками» для сотовых телефонов) можно понять, если сравнить его с нынешними устройствами. Они могут зарядиться-разрядиться лишь 1 тыс. раз, то есть отработать два-три года. Сейчас во всем мире работают над созданием суперконденсаторов – быстрых, надежных, долговечных.

Суперконденсаторы запасают больше энергии на каждый кубический сантиметр своего объема, поэтому ими целесообразно будет заменить аккумуляторы. Телефоны, электронные счетчики электроэнергии, охранные системы сигнализации, измерительные приборы и приборы медицинского применения – те сферы, где они могут найти применение.

— Суть работы – использование порис­тых активированных углеродов, которые мы получаем из рисовой шелухи и абрикосовой косточки, – объясняет Темиргалиева. – Эти углероды я возила в Японию, где мы применили их в качестве электродов для конденсаторов. Такие электроды показали электрическую емкость 180–200 фарад на грамм. Японский пористый материал «Курарай», например, имеет максимальную емкость 120 фарад.

Преимущество казахстанской разработки не только в большей емкости, но и в дешевизне, ведь углероды создаются из отходов – рисовой шелухи и абрикосовых косточек. Кроме прочего, эти материалы легкие, они не загрязняют окружающую среду и не требуют специальной утилизации, в отличие от традиционных аккумуляторов.

Сейчас суперконденсаторы используются в Японии и Германии в общественном транспорте. Существенный минус таких устройств – большой размер. Когда ученые смогут его уменьшить, суперконденсаторы будут применяться повсеместно. Прежде всего речь идет о носимой и имплантируемой электронике.

Кто знает, возможно, именно Толганай Темиргалиева изменит навсегда мир аккумуляторов.

 

8. Биорезонансная активация семенного материала

Фото: © Depositphotos.com/agephotography
 
Начало проекта: 1999
Разработчик: Абдумалик Аширов, доктор технических наук, профессор, заведующий научно-исследовательской лабораторией Южно-Казахстанского государственного педагогического института

Содержание: «Научное открытие №272», или «Биорезонансная активация семенного и посадочного материала различных сельскохозяйственных культур», – это небольшое устройство для воздействия на семена низкочастотным электромагнитным полем с использованием космогео­физических характеристик. Последнее говорит о том, что частота подбирается с учетом положения небесных тел, прогноза их движения на момент посевной.

Многие удивятся, но Аширов был вдохновлен древнеегипетской книгой жрецов, по которой те предсказывали удачное время для посевов.

— Я и команда, изучив все материалы, решили, что нужно учитывать все космогеофизические факторы: положение Луны, Солнца, вспышки на нем, нахождение других планет, приливные силы тяжести, тектонические разломы и т. д. – всего 18 параметров, – говорит он. – Их анализирует программа, которую мы написали, и выдает график времени обработки предпосевного материала и его посева, вплоть до часов и минут, в определенной точке Земли.

Питание прибора осуществляется от автомобильного аккумулятора. Частота электромагнитных волн – 14 герц. По словам ученого, прибор нужно расположить на складе, где хранятся семена, включить его на 11 минут – и биорезонансная активация проведена, урожайность сельскохозяйственных культур вырастет вдвое.

Метод не универсальный, но широкого спектра: добиться положительных результатов удалось в ходе работы с пшеницей, картофелем, ячменем, рисом, кукурузой, рожью, овсом, хлопчатником, тыквой, огурцами и свеклой. Как утверждает Аширов, технология апробирована и одобрена в сельхозинститутах России, Узбекистана, Турции, Германии, Таджикистана и Украины.

— Для Казахстана, имеющего 12,65 млн гектаров посевных площадей только по зерновым, прибавка урожайности составит 5–6 млн тонн. При средней стоимости $200 за тонну урожая в случае обработки 20 тыс. гектаров чистая прибыль от прироста составит $1,2 млн, – заявляет Халел Ахметжанов, финансовый менеджер проекта.

В 2004, после российской и германской (Ганновер) экспертиз, Аширов был награжден дипломом за научное открытие «Закономерность усиления биорезонансной активации семян сельскохозяйственных культур» и медалью П.Л. Капицы. Ученый неоднократно подавал проекты в МСХ и МОН РК, но получал отказы. В 2014 ему порекомендовали обратиться в АО «Казагроинновация», где предложили участвовать в конкурсах на общих началах.

Между тем Абдумалик Аширов надеется попасть в список номинантов на Нобелевскую премию. По его словам, необходимы две рекомендации от фактических лауреатов, пока есть одна. Второй лауреат приглашает ученого в Индию для апробации технологии на рисе.

 

9. Клей для соединения тканей

Фото: © Depositphotos.com/GunnarAssmy
 
Начало проекта: 2011
Разработчик: Александр Шустов, кандидат биологических наук (молекулярная биология), научный сотрудник департамента микробиологии University of Alabama (США), департамента микробиологии и иммунологии University of Texas Medical Branch (США), Государственного научного центра вирусологии и биотехнологии «Вектор» (Россия)

Содержание: Создание рекомбинантных адгезивных белков мидий (MFP). Специ­фические белки обеспечивают прикрепление мидий к субстрату, на котором растут моллюски, то есть имеют редкую способность к адгезии (склеиванию) в водной среде. Таким образом, природные MFP, присутствующие в прикрепительных дисках биссусных нитей мидий, демонстрируют ряд свойств, которые отличают хорошие клеи, применяемые в медицине, ортодонтии, клеточной и тканевой инженерии.

Сейчас в промышленных объемах выпускается биосовместимый клей на основе смеси MFP (Corning Incorporated, США), но это трудоемкий процесс: чтобы получить 1 грамм продукта, требуется обработать биссус от 10 тыс. мидий, и цена высока – $200 за грамм. Поэтому актуален вопрос получения не природного, а рекомбинантного (с помощью генной инженерии) MFP.

Суть нового метода заключается в производстве MFP в E. Coli (грамотрицательная палочковидная бактерия, которая легко культивируется в лабораторных условиях и потому играет важную роль в большинстве генетических, биотехнологических и микробиологических исследований) и обеспечении его посттрансляционной модификации (химическая модификациия белка после синтеза на рибосоме). Адгезионную прочность соединения, склеенного полученным MFP, измерили методом сдвига. Она составила 1,1 МПа, что сравнимо с таковой у природных MFP.

Таким образом, разработана технология создания рекомбинантного MFP, обозначенного Fp-131, и поскольку коммерческого производства аналогов в мире пока нет, имеется хороший потенциал для вывода на рынок уникального продукта.

Работа поддержана грантом МОН РК «Биоадгезивные микрочастицы, выделяющие антимикробные пептиды – новый препарат для профилактики и лечения кариеса».

 

 

10. Искусственная регенерация тканей на основе стволовых клеток

Фото: © Depositphotos.com/OlenaPavlovich
 
Начало проекта: 2011
Разработчики: Газиза Данлыбаева, специалист в области вирусологии, клеточных культур и технологий, биомедицины, ведущий научный сотрудник лаборатории культур тканей ГУ НИИ вирусологии им. Д.И. Ивановского РАМН (2002–2008). Вячеслав Огай, научный сотрудник Пущинского научного центра биологических исследований РАН, старший научный сотрудник лаборатории биомедицинской физики Института фундаментальных исследований Сеульского национального университета (2004–2009), специалист в области изучения стволовых клеток, биомедицины, клеточных технологий

Содержание: Двое ученых совместно с казахстанским НИИ травматологии и ортопедии апробируют разработанный ими клеточный препарат, направленный на восстановление дефектов хряща при остеоартрозе с использованием стволовых клеток самого пациента. Работа называется «Клеточный препарат на основе аллогенных фибробластов человека для лечения ожогов и длительно незаживающих ран».

Изобретение относится к медицинской биотехнологии, экспериментальной и клинической медицине, трансплантологии и комбустиологии и направлено на получение раневого покрытия с использованием живых культивированных клеток кожи, в частности фибробластов (клетки соединительной ткани организма, играющие важную роль в заживлении ран) для лечения ожогов и поверхностных ран.

Технической задачей изобретения является разработка способа культивирования фибробластов на брюшине КРС. В качестве культуры фибробластов используют штамм диплоидных клеток кожи эмбриона человека. Достоверность полученных результатов подтверждена гистологически и цитологически. Они свидетельствуют о возможности и перспективности использования культивированных фибробластов кожи на подложке из ксеногенной (клеточной) брюшины животных в качестве временного покрытия при глубоких и обширных ожогах при недостатке донорского материала – для предотвращения инфицирования и ускорения процесса заживления ран.

В рамках государственного гранта ведется работа по расширению спектра применения технологии: лечение ишемического инсульта с использованием стволовых клеток, возможность восстановления функций мозга после повреждений.

 

Источник: forbes.kz