Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Открытие наноцентра (фото с сайта наноцентра).
Ультрамелкозернистый титан в форме прутков (фото с сайта наноцентра).
Микроструктура материала под электронным микроскопом (фото с сайта наноцентра).
Микроструктура материала под электронным микроскопом (фото с сайта наноцентра).

«БелГУ» – «винтик» в «машине наноиндустрии» России.

Ключевые слова:  БелГУ, Интернет-олимпиада, наноиндустрия, наноструктурные материалы

Автор(ы): Фирсова Лилия Васильевна

Опубликовал(а):  Шушарина Анастасия Леонидовна

01 мая 2011

Центр «Наноструктурные материалы и нанотехнологии» национального исследовательского университета «БелГУ» – «винтик» в «машине наноиндустрии» России.

Аннотация: Так как «Наукоемкие технологии создания и обработки наноматериалов технического назначения» и «Нанотехнологии и наноматериалы в биологии, медицине и фармации» являются приоритетными направлениями развития НИУ «БелГУ», то в своей работе я попыталась показать историю развития наноиндустрии в нашем университете и вклад Научно-образовательного и инновационного Центра «Наноструктурные материалы и нанотехнологии» БелГУ в формирование национальной нанотехнологической сети РФ.

Любая машина состоит из множества винтиков, болтиков, механизмов и т.д. «Машина наноиндустрии» в России - не исключение. Она включает в себя десятки центров нанотехнологий; производственных, образовательных, финансовых организаций; сотни ученых по всей стране. Одним из «винтиков» наноиндустрии в России, на наш взгляд, является Центр наноструктурных материалов и нанотехнологий (Центр НСМН) национального исследовательского университета «БелГУ». О нём мы и хотим рассказать в своей работе.

По инициативе ректора НИУ «БелГУ» профессора Дятченко Л.Я. в 2004 году был объявлен конкурс по формированию новых научных подразделений университета. По итогам конкурса был поддержан проект научной группы во главе с профессором Ю.Р. Колобовым из Института физики прочности и материаловедения СО РАН (г. Томск) по созданию Центра наноструктурных материалов и нанотехнологий БелГУ. В 2005 году научная группа в составе 9 человек по соглашению между руководителями академической и вузовской организаций (в порядке перевода) приступила к работе.

Учредителем Центра НСМН являлся Белгородский государственный университет. Необходимый объем финансирования в размере 150 млн. руб. для приобретения оборудования, капитального строительства и реконструкции помещений под уникальное оборудование был обеспечен Администрацией Белгородской области, Белгородским госуниверситетом, Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Основные задачи Центра НСМН:

1)Координация, обеспечение и проведение фундаментальных и прикладных исследований в области материаловедения и нанотехнологий.

2)Реализация и тиражирование результатов научно-исследовательской и инновационной деятельности.

3)Организация производства инновационной продукции.

4)Создание научной и образовательной базы для высококачественной подготовки и переподготовки специалистов всех уровней.

Основные направления деятельности Центра НСМН:

1) направления фундаментальных исследований:

- разработка физических принципов упрочнения и пластификации металлов, сплавов и композитных материалов технического и медицинского применения путем формирования ультрамелкозернистого и наноструктурного состояний, в том числе воздействием интенсивной (большой) пластической деформации в сочетании с традиционными способами механо-термической обработки.

- экспериментальное и теоретическое исследование структуры и свойств нано-материалов методами компьютерного моделирования на основе расчетов «из первых принципов».

- разработка научных основ создания биокомпозитов «наноструктурный металл – биоактивное/биоинертное покрытие»

2) направления прикладных исследований:

- разработка технологических процессов и оборудования для получения объемных металлических наноструктурных материалов для использования в медицине и технике.

- освоение в клинической практике биоинертных и биоактивных имплантатов для использования в травматологии, ортопедии, стоматологии и кардиохирургии.

- разработка технологического процесса и оборудования для синтеза нано-гидроксилапатита для использования в лечебно-профилактический препаратах в стоматологии и нанесения биоактивных покрытий на хирургические, стоматологические и ортопедические имплантаты.

На базе Центра НСМН в феврале 2008 года сформирован учебно-научный и инновационный комплекс (УНИК) «Материаловедение и нанотехнологии», в состав которого вошли Научно-образовательный и инновационный центр «Наноструктурные материалы и нанотехнологии», Центр коллективного пользования научным оборудованием «Диагностика структуры и свойств наноматериалов», опытно-промышленное производство, кафедры физического факультета и научно-исследовательские лаборатории Университета.

Для подготовки высококвалифицированных кадров в 2005 году в БелГУ была организована специализированная кафедра «Материаловедение и нанотехнологии», которая ведет подготовку студентов по специальностям 210602 «Наноматериалы» и 010707.65 «Медицинская физика».

Студенты и аспиранты, обучающиеся на кафедрах материаловедения и нанотехнологий, теоретической физики и общей физики физического факультета БелГУ, проводят научные исследования на уникальном современном оборудовании. В выполнении государственных контрактов ФЦП РФ и хоздоговорных работ НОиИЦ НСМН с оформлением на работу по совместительству принимают участие более 20 студентов БелГУ, начиная со второго курса. Они имеют допуск к самостоятельной работе на уникальном современном аналитическом и испытательном оборудовании. Студенты инженерных специальностей проходят практику на технологическом оборудовании, получая навыки работы в инновационной сфере.

Центр «Наноструктурные материалы и нанотехнологии» являлся головной организацией в выполнении крупного государственного контракта федеральной целевой программы по теме «Разработка опытно-промышленных технологий получения нового поколения медицинских имплантатов на основе титановых сплавов», с общим объемом финансирования 323 млн. руб. В выполнении контракта участвовали 12 соисполнителей, представляющих крупные научные и производственные организации Москвы, Санкт-Петербурга, Томска и Казани. Целью данного проекта являлась разработка прогрессивных технологий производства новых титановых имплантатов, в том числе ультрамелкозернистых, с многофункциональными биоактивными наноструктурированными покрытиями для восстановительной, костнопластической хирургии и стоматологии. На начало 2011 г. в центре работают 30 штатных сотрудника, к работе по совместительству регулярно привлекаются более 20 студентов и аспирантов. В структуру центра входят: лаборатория физического материаловедения, лаборатория биоматериалов, лаборатория теоретических исследований и компьютерного моделирования.

В декабре 2009 года по инициативе Научно-образовательного и инновационного центра «Наноструктурные материалы и нанотехнологии» Белгородского госуниверситета в соответствии с Федеральным законом №217-ФЗ при БелГУ открыто малое инновационное предприятие (МИП) «Металл-деформ».

Предприятие специализируется на производстве проката в виде прутков и полос из наноструктурного и субмикрокристаллического нелегированного титана марок ВТ1-0, Grade 4 для нужд медицины и технических целей. Продукция обладает повышенными механическими свойствами и высокой биосовместимостью, поскольку, в отличии от широко применяемых в настоящее время во всем мире легированных титановых сплавов системы Ti-Al-V, не содержит вредных для живого организма легирующих элементов (Al и V), а также характеризуется повышенной коррозионной стойкостью. Медицинские изделия, производимые из наноструктурного титана, по прочности на сдвиг, кручение и изгиб не уступают соответствующим из легированных сплавов титана, при этом демонстрируют чрезвычайно высокую пластичность, то есть изделия из них обладают высокой надежностью.

Разработка является результатом исследований в рамках крупного комплексного проекта Федеральной целевой программы Минобрнауки, одной из задач которого было создание опытно-промышленных технологий получения нового поколения наноструктурных сплавов титана для травматологии, ортопедии, стоматологии и других приложений в медицине и технике.

В начале 2010 г. компания «Металл-деформ» выступила заявителем производственного проекта «Наноструктурный нелегированный титан для медицины», который в госкорпорации Роснано успешно прошел стадию научно-технической экспертизы. В настоящее время «Металл-деформ» имеет экономическую и юридическую поддержку со стороны администрации области, которая позволяет предприятию расширять номенклатуру производимой продукции и минимизировать издержки на стадии своего становления.

К настоящему времени предприятие производит серийные поставки наноструктурного титана на предприятия медицинской отрасли. Имплантаты для травматологии и ортопедии, изготавливаемые из наноструктурного нелегированного титана в ГУП РТ «Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт медицинского инструмента» (г. Казань), успешно прошли технические и клинические испытания, регистрацию в Росздравнадзоре и сертификацию. В настоящее время данные имплантаты поставляются в клиники Российской Федерации.

Важнейшими результатами фундаментальных исследований Центра НСМН являются теоретические основы исследования структуры и свойств нанокристаллических материалов методами молекулярной динамики и молекулярной статики с использованием модельных потенциалов межатомных взаимодействий и расчетов «из первых принципов» для модельных и некоторых технических функциональных материалов. Развит метод расчета средних энергий границ зерен и тройных стыков в нанокристаллических материалах. Определен вклад тройных стыков в избыточную энергию и диффузию по межкристаллитной области в нанокристаллических металлах и сплавах.

Прямыми диффузионными экспериментами, расчетами диффузионных характеристик из данных по кинетике диффузионно-контролируемых процессов и компьютерным моделированием зависимости термодинамических характеристик границ зерен от избыточного объема показано, что высокие скорости массопереноса в наноструктурных металлах, полученных воздействием больших пластических деформаций, связаны не с размером зерен, а с неравновесным высокоэнергетическим состоянием их внутренних границ раздела.

Совместно с Институтом физики твердого тела РАН установлено, что в слоистых сверхпроводящих композиционных материалах системы Cu-TiNb и Cu-Nb-TiNb, получаемых с применением больших пластических деформаций при повышенных температурах в вакууме, процессы фазообразования интерметаллидов на межслойных границах определяют механические свойства и технологичность получения таких материалов. При этом процессы образования и роста интерметаллидов в исследованных системах при температурах ниже некоторой критической контролируются зернограничной диффузией, а выше данной температуры – объемной. На основании полученных результатов оптимизированы технологические режимы формирования рассматриваемых композитов, имеющих перспективу широкого применения в технике.

В совместных работах с Институтом металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН и Всероссийским институтом авиационных материалов показано, что в жаропрочных интерметаллидных сплавах, перспективных для применения в качестве материалов для лопаток газотурбинных двигателей самолетов нового поколения, легирование тугоплавкими и редкоземельными элементами обеспечивает формирование наноразмерных фаз, стабилизирующих дендритную монокристаллическую структуру и упрочняющих межфазные границы. Разработаны рекомендации и получены новые сплавы с улучшенными служебными характеристиками.

По результатам фундаментальных исследований изданы две монографии: Yu.R. Kolobov, R.Z. Valiev, Grabovetskaya G.P. et.al. «Grain boundary diffusion and properties of nanostructured materials» (Cambridge International Science Publishing, 2007) и Колобов Ю.Р., Каблов Е.Н., Козлов Э.В., Бунтушкин В.П. и другие «Структура и свойства интерметаллидных материалов с нанофазным упрочнением» (Издательство МИСиС, 2008). Опубликовано более 100 статей в российских и зарубежных журналах. Результаты прикладных исследований защищены 14 патентами и НОУ-ХАУ.

Основными результатами прикладных исследований Цетра и коммерциализации разработок являются малозатратные высокопроизводительные методы формирования субмикрокристаллических и наноструктурных состояний в нелегированном (не содержащем вредных для живого организма элементов алюминия и ванадия) титане, которые сочетают сортовую и винтовую прокатку в комплексе с традиционными способами механико-термической обработки и позволяют получать необходимые для серийного производства медицинских имплантатов и инструмента заготовки промышленного сортамента из титана и титановых сплавов.

Проведены опытно-конструкторские работы и организовано производство промышленного сортамента заготовок из высокопрочного субмикрокристаллического и наноструктурного технически чистого титана (сплава ВТ1-0) без вредных для живого организма легирующих элементов для изготовления медицинских имплантатов. В перспективе планируется довести объем производства до соответствующего потребностям предприятий Российской Федерации в ультрамелкозернистом и наноструктурном титане для изделий медицинского назначения. Ведутся поставки полупромышленных партий заготовок в ГУП РТ Всероссийский научно-исследовательский проектный институт медицинских инструментов (ГУП РТ ВНИПИМИ, г. Казань) для освоения в серийном производстве имплантатов для травматологии и ортопедии. К настоящему времени завершен полный комплекс технических и клинических испытаний разработанных имплантатов, получено разрешение Росздравнадзора на их применение в клинической практике и начат выпуск (ГУП РТ ВНИПИМИ) сформированной продукции для медицинских учреждений РФ.

Разработана оригинальная технология синтеза нано-гидроксилапатита (НГАП) в виде водных и спиртовых коллоидов, суспензий и гелей различной плотности. Гидроксилапатит является основной составляющей костной ткани и является биологически совместимым материалом. Использование спиртового коллоида НГАП позволяет оптимизировать процесс получения шликерных биоактивных покрытий и получить высокие уровни прочности и адгезии покрытий без высокотемпературных отжигов. На сегодняшний день завершаются работы по запуску участка опытно-промышленного производства нанокристаллического гидроксилапатита в формах порошка, водных и спиртовых суспензии и гелей заданной концентрации. Разработка защищена патентом РФ.

В настоящее время наногидроксилапатит используется в качестве одного из компонентов стоматологического материала нового поколения «Нанофлюор», который был разработан ОАО «Опытно-экспериментальный завод ВладМиВа» (г. Белгород). Использование нанодисперсного коллоидного гидроксиапатита способствует реминерализации дентина глубокой кариозной полости и нормализации состояния пульпы зуба. Предполагаемые объемы производства препарата «Нанофлюор» – 10 000 упаковок в месяц. В 2008 году на данный препарат был получен государственный заказ.

Биопокрытия, разрабатываемые в Центре наноструктурных материалов и нанотехнологий Белгородского госуниверситета, созданные на основе наногидроксилапатита и керамики, получаемой методом микродугового оксидирования, успешно прошли первичную оценку острой цитотоксичности и матриксных свойств поверхности во ФГУ «Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена». На основании полученных результатов имплантаты на основе субмикрокристаллического титана с микродуговыми кальций-фосфатными или золь-гель покрытиями на основе наногидроксилапатита рекомендованы к клиническим испытаниям. В настоящее время формируется участок по нанесению биоинертных и биоактивных покрытий.

На основе нанокристаллического гидроксиапатита совместно с НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи разработаны и внедрены в клиническую практику: препарат БелОст и Gamalant™-паста-ФОРТЕ Плюс. БелОст выпускается в виде 20% пасты и гранул 0,5-1 мм. Используемый в препарате синтетический нанокристаллический гидроксилапатит по структуре и свойствами максимально приближен к гидроксилапатиту из организма человека, который является основным минеральным компонентом при формировании новой кости. Gamalant™-паста-ФОРТЕ Плюс - резорбируемый композиционный материал, содержащий наноструктурный гидроксилапатит и высокоочищенный коллаген с сохраненной нативной структурой, а также факторы роста костной ткани человека – костные морфогенетические белки человека.

В заключении, хотелось бы отметить, что именно такие «винтики наноиндустрии» в совокупности двигают российскую науку в области наноматериалов и нанотехнологий вперёд.


В статье использованы материалы: Интервью, Интернет-олимпиада, Наноцентр


Средний балл: 10.0 (голосов 2)

 


Комментарии
Пастух Евфграфович, 04 мая 2011 10:33 
"защищены 14 патентами и НОУ-ХАУ"
А где бы почитать, опыту набраться - как именно "защищены... НОУ-ХАУ"?
А никому ничего не показывают и не рассказывают ??? Ведь в противном случае "Now-How" уже не будет таким, т.к. знать будут уже и другие и пойдёт мысль гулять по свету. Может быть, так и до школьников дойдёт?
Да нынешнее поколение уже такое не воспринимает
Побольше бы таких "винтиков"!
спасибо за информацию

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Волшебные палочки (или Чудеса оптической микроскопии)
Волшебные палочки (или Чудеса оптической микроскопии)

Конкурс логотипа ФНМ МГУ
Факультет наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова объявляет творческий конкурс логотипа (эмблемы) ФНМ, работы принимаются с 21 августа до 15 сентября 2019 года. Участники - все, кто имеет или когда бы то ни было имел отношение к ФНМ МГУ: студенты, аспиранты, преподаватели, сотрудники, выпускники, а также все творческие люди из большой университетской семьи.

Продолжается прием статей в 11-й выпуск Межвузовского сборника научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов»
Продолжается прием статей в 11-й выпуск Межвузовского сборника научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов»

Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в конференции “ГРАФЕН: МОЛЕКУЛА И 2D КРИСТАЛЛ”
Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в конференции “ГРАФЕН: МОЛЕКУЛА И 2D КРИСТАЛЛ” 5-9 августа 2019 года в Новосибирске

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.