Современная наука позволяет не только изучать наноразмерные объекты, но также управлять ими, создавая совершенно новые материалы, изменять ход химических реакций и биологических процессов. Без знания и понимания нанотехнологических методов будет невозможно преодолеть большие вызовы в области персонализированной медицины, продовольственной безопасности, освоения пространства, снижения антропогенных нагрузок на окружающую среду, получения и сохранения энергии.
Направление реализуется при поддержке Фонда инфраструктурных и образовательных программ, целью которого является содействие формированию кадрового ресурса наноиндустрии Российской Федерации, а также ранняя профориентация и популяризация среди детей и молодежи сведений о нанотехнологиях и наноиндустрии.
.png)
Все направления проектной образовательной программы «Большие вызовы»
Участники были определены по результатам проведения Всероссийского конкурса научно-технологических проектов 2018-2019 года.
Кандидат физико-математических наук, заместитель декана физического факультета МГУ
Директор проектного офиса, доцент кафедры экспериментальной и теоретической физики Орловского государственного университета имени И.С. Тургенева, старший методист Регионального центра Орловской области «Созвездие Орла», методист направления «Нанотехнологии» проектной программы конкурса «Большие вызовы», кандидат физико-математических наук
Руководитель мегагранта, доктор физико-математических наук, декан физико-технического факультета, заведующий лабораторией метаматериалов, руководитель Международного НИЦ «Нанофотоники и Метаматериалов» ИТМО
Кандидат физико-математических наук, заместитель декана физико-технического факультета ИТМО, методист программы «Большие вызовы» 2019 года
Кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, преподаватель ФТФ ИТМО
Руководитель мегагранта, доктор физико-математических наук, декан физико-технического факультета, заведующий лабораторией метаматериалов, руководитель Международного НИЦ «Нанофотоники и Метаматериалов» ИТМО
Кандидат физико-математических наук, заместитель декана физического факультета МГУ
Сотрудник ООО «Нанолек»
Руководитель отдела проектного обучения и партнерского взаимодействия департамента науки Образовательного Фонда «Талант и успех»
Инженер-исследователь физико-технического факультета Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО), кандидат технических наук
Руководитель департамента молекулярной и биологической физики Московского физико-технического института, кандидат химических наук
Кандидат технических наук, инженер физико-технического факультета ИТМО
Заместитель руководителя департамента молекулярной и биологической физики Московского физико-технического института, кандидат физико-математических наук
Доктор физико-математематических наук, профессор физического факультета МГУ
Кандидат физико-математических наук физико-технического факультета ИТМО
Кандидат физико-математических наук, заместитель декана физико-технического факультета ИТМО, методист программы «Большие вызовы» 2019 года
Заместитель генерального директора по разработкам и исследованиям ООО «Нанолек»
Кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией «Нанотехнологии» Образовательного Фонда «Талант и успех», координатор экспертов программы «Большие вызовы» в 2019 году
Директор проектного офиса, доцент кафедры экспериментальной и теоретической физики Орловского государственного университета имени И.С. Тургенева, старший методист Регионального центра Орловской области «Созвездие Орла», методист направления «Нанотехнологии» проектной программы конкурса «Большие вызовы», кандидат физико-математических наук
Доцент Ульяновского государственного университета, кандидат физико-математических наук
1. Металинза для фокусирования Wi-Fi излучения.
2. Создание инновационных антибактериальных нанопокрытий.
3. Исследование электроактивной воды, получаемой в мембранном электролизе, и ее влияние на живые организмы.
4. Разработка системы антиобледенения для ветрогенераторов северного исполнения.
5. Экспресс-диагностика содержания природных антиоксидантов в продуктах питания с использованием нанотехнологий.
Описание проектов
1. Металинза для фокусирования Wi-Fi излучения
Руководитель проекта: Барышникова К.В.
Аннотация: нанофотоника – активно развивающаяся область науки, которая предлагает уникальные решения по взаимодействию света с веществом. Известно, что структуры, чей оптический размер сравним с длиной волны падающего излучения, эффективно взаимодействуют с ним. Искусственно созданные материалы на основе наночастиц, также часто называемые метаматериалами, способны концентрировать свет на субволновых масштабах, локально усиливать электромагнитные поля, с их помощью можно управлять углом и фазой отраженной и прошедшей волны, включая случай отрицательной рефракции. Плоские металинзы – специальным образом упорядоченные двумерные метаматериалы – концентрируют прошедшее через металинзу излучение в области, чей характерный размер меньше длины волны падающего излучения.
Потребность в металинзах возникла из-за специфических проблем когерентности света, особенно проявляющихся на наномасштабе. Тем не менее концепт металинзы может быть успешно транспонирован в область радиочастот и использован для аналогичных целей, а именно, фокусирования излучения радиочастотного диапазона, например, Wi-Fi излучения. Исполнителям проекта будет предложено разработать собственный дизайн металинзы в радиоволновом диапазоне, создать ее прототип и протестировать на имеющемся оборудовании.
Разработка проекта: Университет ИТМО.
2. Создание инновационных антибактериальных нанопокрытий
Руководитель проекта: Жуков М.В.
Аннотация: в настоящее время востребованными являются новые типы материалов и нанопокрытий, способные активно противодействовать образованию и росту бактерий, чужеродных клеток и иных биоматериалов на своей поверхности. К одним из основных областей применения антибактериальных покрытий можно отнести защиту подводной части морской техники, снижение биообрастания и засорения внутренних поверхностей труб ЖКХ (теплоснабжение). Антибактериальные покрытия также широко применяются в медицине и хирургии, в частности, для пациентов, которым требуются катетеры и имплантаты. В имплантатах клетки человека и бактериальные клетки конкурируют друг с другом за возможность колонизировать поверхность имплантата.
В данной работе предполагается разработать и протестировать различные способы создания необрастающих антибактериальных покрытий на основе наночастиц и наноструктур, а также методы раннего обнаружения и диагностики нано- и микрозародышей биообъектов с помощью оптической и сканирующей зондовой микроскопии.
Для реализации проекта предполагается провести комплексное изучение и применение современных технологических подходов, к которым можно отнести химический синтез наночастиц, использование магнитных материалов, биомиметику, литографию, сверхгидрофобность, капиллярные явления, электролиз поверхности и т.п. В результате проведения проекта будут изучены возможности вывода разработанного продукта на рынок, выявления возможных конкурентов, создание маркетинговой составляющей, а также получения базовых знаний о подготовке научного отчета, статьи, заявки на патент и подготовки презентаций.
Разработка проекта: Университет ИТМО.
3. Исследование электроактивной воды, получаемой в мембранном электролизе, и ее влияние на живые организмы
Руководитель проекта: Лобышев В.И.
Аннотация: технология электрохимической активации (ЭХА) состоит в получении и дальнейшем использовании метастабильных химически активных веществ вместо традиционных химических реагентов, позволяющих многократно или даже полностью исключить их использование, что существенно снижает «экологическую нагрузку», например, при использовании обычно применяемых неразлагаемых антисептических реагентов.
В основе метода лежит электролиз водных растворов в электролизере, содержащем мембрану, разделяющую отсеки, прилежащие к аноду и катоду. Собираемые из соответствующих отсеков после проведения электролиза жидкости называют анолитом и католитом. Анолит и католит обладают различными физико-химическими характеристиками и разной биологической активностью. Зависимость эффективности электролиза от материала и пористости мембран в мембранном электролизере. Выводы должны быть сделаны на основе измеренных величин рН, окислительно-восстановительного потенциала (ОВП), концентрации растворенного кислорода и электропроводности растворов католита и анолита. В результате выполнения проекта будут получены и проанализированы результаты измерений параметров католита и анолита при использовании мембран из разных материалов и разной пористости.
Разработка проекта: Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет.
4. Разработка системы антиобледенения для ветрогенераторов северного исполнения
Руководитель проекта: Явтушенко И.О.
Аннотация: разработка технологии на основе использования проводящего покрытия, которое служит средством обогрева при подключении к источнику тока. При отверждении покрытие представляет собой плоский резистивный слой, обладающий нужным сопротивлением: при приложении напряжения происходит нагрев.
Обледенение уже давно известная проблема для энергетиков и авиаторов. Но для ветроэнергетики проблема обледенения приобретает свою специфику и актуальность. В условиях атмосферного обледенения возникает образование и накопление льда на элементах конструкции турбины. Риск обледенения возникает при определенных погодных условиях и зависит от влажности и температуры воздуха, скорости ветра, размера водяных капель в воздушно-водяной смеси атмосферного воздуха, высоты облаков. Чаще всего интенсивное накопление льда на лопастях ветрогенератора возникает при температурах близких к 0°С (и немногим ниже) и высокой влажности воздуха. В условиях всемирного роста отрасли возобновляемой энергетики вопрос разработки систем антиобледенения лопастей ветряных турбин имеет высокое экономическое и экологическое значение и зачастую является сдерживающим фактором.
В ходе реализации проекта будет разработана технология на основе использования проводящего покрытия, которое служит средством обогрева при подключении к источнику тока. При отверждении покрытие представляет собой плоский резистивный слой, обладающий нужным сопротивлением: при приложении напряжения происходит нагрев. Будет смонтирован действующий инженерный макет ветрогенератора с применением разработанной технологии антиобледенения, будут проведены испытания.
Разработка проекта: ООО «Карбон Лаб», Резидент Ульяновского Наноцентра.
5. Экспресс-диагностика содержания природных антиоксидантов в продуктах питания с использованием нанотехнологий
Руководитель проекта: Инденбом А. В.
Аннотация: одной из современных актуальных научно-технических проблем во всём мире является повышение качества и продолжительности жизни населения. Важным путём к достижению поставленных целей оказывается разработка разнообразных функциональных продуктов питания и методов экспресс-контроля состава и состояния таких продуктов. Естественные антиоксиданты (прежде всего полифенолы, флавины и флавоноиды растительного происхождения) признаны веществами, способными существенно снижать окислительную нагрузку на ткани организма человека и сельскохозяйственных животных, уменьшая интенсивность повреждающих процессов, приводящих к старению и гибели клеток. Разработка портативного и устойчивого к условиям внешней среды экспресс-теста, основанного на восстановлении веществами из анализируемой пробы наночастиц диоксида церия на инертном носителе, приведёт к возможности быстрой количественной оценки содержания природных антиоксидантов в продуктах питания (чае, чайных напитках, спортивных напитках и пр.). Будет создан потенциально коммерциализуемый прототип тестовой системы.
Разработка проекта: учебно-методическая лаборатория ДМБФ Физтех-школы медицинской и биологической физики (МФТИ), лаборатория ионной и молекулярной физики МФТИ.
