Ученые Уральского федерального университета разработают новые материалы, с помощью которых удастся повысить уровень отечественной медицины. В стране появятся первые российские томографы для диагностики раковых новообразований, а также уникальные технологии бесконтактного выжигания опасных опухолей. В разработке новых материалов задействованы сразу три института УрФУ — Физико-технологический, Химико-технологический, Естественных наук и математики, а также госкорпорация «Росатом» и Институт физики металлов УрО РАН. Все исследования ведутся в рамках проекта «Дизайн и технологии функциональных материалов и систем», предусмотренного государственной программой «Приоритет-2030». В 2021—2022 годах вуз получил на программу почти миллиард рублей. Значительная часть этих средств направлена на прорывные научно-технические разработки в области функционального материаловедения. Кристаллы для первого российского томографа Как рассказал URA.RU директор Физико-технологического института УрФУ Владимир Иванов, все позитронно-эмиссионные томографы, которые сейчас есть в российских медучреждениях, были закуплены за рубежом. Стоимость одного такого аппарата доходит до двух миллионов евро в зависимости от характеристик и комплектации. Для того, чтобы создать отечественный аналог, ученым прежде всего необходимо создать специальные материалы. АО «Гиредмед» (входит в структура «Росатома») уже вырастил первую булю — монокристалл силиката лютеция, активированного церием. Ее нарезали на мелкие элементы — пиксели, из которых в дальнейшем и будет складываться одна из самых сложных частей позитронно-эмиссионного томографа — детектор. Ученые из УрФУ выполнили комплексную оценку сцинтилляционных свойств пикселей. Как отмечает Иванов, технологии производства кристаллов в России по итогу могут оказаться более энергосберегающими по сравнению с зарубежными. Однако пока по своим свойствам российские кристаллы уступают западным. Но это не означает, что диагностика пациентов на таких аппаратах будет принципиально хуже. «Когда мы измеряем комплексные свойства этого кристалла, то световыход люминесценции отечественных кристаллов меньше примерно на 10%. Здесь причина может быть в том, что сам материал хорош, но недостаточно хорошо отполирован. Это все решается во время технологической обработки. Можно ли работать на таком пикселе? Конечно, на качестве диагностики это сильно не скажется, просто время процедуры будет больше на те же10%», — прокомментировал Иванов. В последующем на основе разработки ученых можно будет перейти к массовому производству пикселей, на основе которых можно будет собирать отечественные томографы. Правда, как уточняет представитель УрФУ, для создания конечного изделия, помимо новых материалов, нужны будут и другие технологические решения. Часть из них уже существует. С помощью таких томографов врачи смогут диагностировать не только онкологию, но патологии сердца, эндокринные опухоли. Такие стационарные аппараты, по словам Иванова, занимают достаточно большие площади, произвести их можно только на специальных предприятиях. Но в вузе смогут создать прототип более простой системы для ядерной медицинской диагностики — мобильного типа. А в дальнейшем, уверен ученый, технологии ядерной медицины можно будет использовать не только для диагностики, но также и для лечения рака. Такое лечение будет более щадящим для организма по сравнению с существующими методами внешней радиотерапии. При ней пучки излучения подаются к опухоли снаружи, повреждая на своем пути здоровые ткани. «Если можно доставить диагностический радиофармпрепарат (при диагностике в организм вводится вещество на основе короткоживущих радионуклеидов — прим. ред.) в область патологии, то тем же путем можно доставить туда и другой радионуклеид, который испускает не гамма-лучи, слабо воздействующие на организм, а, например, бетта- или альфа-частицы. Это короткобежные частицы, которые быстро теряют свою скорость. Фактически это означает, что будет поражаться ближайшая часть клеток опухоли», — отметил Иванов. Мягкие магнетики для «выжигания» рака Еще один инновационный материал, который может лечь в основу технологии будущего для лечения рака, — это так называемые мягкие магнетики. Как рассказал URA.RU заведующий кафедрой магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ Владимир Васьковский, такие материалы представляют из себя жидкости с наноразмерными магнитными частицами. Свойствами такой среды можно управлять с помощью магнитного поля. «В организм человека, больного раком, вводят такую магнитную жидкость. С помощью локального постоянного магнитного поля можно добиться повышенной концентрации магнитных частиц в месте, где расположена раковая опухоль. Затем эта область подвергается воздействию переменного магнитного поля. За счет интенсивного перемагничивания частицы нагреваются, и раковые клетки при повышенной температуре гибнут. Такая технология получила название «гипертермия», — рассказал Васьковский. Магнитные материалы для зеленой энергетики и автоматики По словам Васьковского, помимо медицины, магнитные материалы могут использоваться и во многих других сферах — энергетике, автомобилестроении, космостроении. Один из примеров — ветрогенераторы, которые преобразуют даровую кинетическую энергию ветра в полезную электрическую энергию. Важнейшим элементом их конструкции является блок постоянных магнитов — чем качественнее магниты, тем компактней и легче ветрогенератор. Такие ветрогенераторы, в частности, планирует изготавливать «Росатом», чтобы развивать «зеленую» энергетику. «У нас хоть и не страна ветров, но тем не менее есть места, где ветроэнергетика рентабельна. А главное — „Росатом“, выходя на внешний энергетический рынок, должен к электроэнергии атомного происхождения примешивать „зеленую“ составляющую. Сегодня в России выпускается всего 50 тонн магнитов в год, а на один ветрогенератор их нужно до полутонны. Чтобы уменьшить импортозависимость, „Росатом“ хочет организовать собственное производство мощностью до 1000 тонн в год. В этом ему будут помогать ученые УрФУ», — объяснил Васьковский. Постоянные магнитные нужны не только для крупногабаритных устройств. Важная сфера их применения — микроэлектромеханические системы (МЭМС), которые входят в состав практически всех миниатюрных технологичных устройств, например, в смартфоны или вживленные микропомпы для поддержания циркуляции крови. Самой эффективной технологией изготовления микромагнитов и магнитных систем на их основе считается 3D-печать. Это новейшее физико-техническое направление, в котором ученые УрФУ занимают передовые позиции. Высокоэффективные магнитные сенсоры — еще одна сфера применения магнитных материалов, на которую ориентирован проект «Дизайн и технологии функциональных материалов и систем». Это микроэлементы, электрическим образом реагирующие на воздействие со стороны внешнего поля. Приборы на основе, контролирующие пространственно-угловые перемещения или работоспособность электрических цепей, имеют широчайшее применение в системах автоматизации от смартфонов и автомобилей до космических кораблей. Ранее URA.RU писало о другом проекте УрФУ в рамках программы «Приоритет-2030». Он касался развития водородной энергетики.