27 лютого 2019 року під головуванням Президента Національної академії наук України академіка Бориса Патона відбулося чергове засідання Президії НАН України.
Присутні заслухали й обговорили три наукові повідомлення молодих учених і одну наукову доповідь.
Із теми «Проблеми біомеханічної сумісності металевих матеріалів медичного призначення» виступила науковий співробітник Інституту металофізики імені Г.В. Курдюмова НАН України кандидат фізико-математичних наук Наталія Хріпта.
З розвитком сучасних технологій дедалі ширшого розповсюдження набуває біоматеріалознавство. Значна частина зусиль докладається на створення та впровадження різних металевих біоматеріалів для лікування широкого спектру захворювань людського організму. Успішність лікування визначається багатьма чинниками та залежить від спроможності конструкцій витримувати значні функціональні навантаження в агресивних біологічних рідинах протягом тривалого часу. Поверхня дентальних, ортопедичних і ендоваскулярних металевих імплантів відіграє вирішальну роль у забезпеченні їхньої біологічної та біомеханічної сумісності з тканинами людського організму.
Проблема, пов’язана із забезпеченням надійної та тривалої роботи конструкції залишається актуальною, адже металеві матеріали повинні відповідати низці вимог, а саме біологічній та хімічній сумісності, насамперед бути нетоксичними й мати високу корозійну стійкість, і механічній сумісності, тобто мати низький модуль пружності, значну обернену деформацію та високу втомну міцність. Фізичні характеристики, такі як низька магнітна сприйнятливість і висока рентгенконтрасність, є важливими на етапі проведення операції та подальшого нагляду за станом пацієнта.
Важливий чинник таких біомеханічних характеристик, як корозійна стійкість і зносостійкість, – стан поверхні металевих матеріалів. Ефективним методом модифікації поверхні є інтенсивна пластична деформація поверхні, а саме ультразвукова ударна обробка, яка дає змогу впливати як на характеристики поверхневого мікрорельєфу, так і на хімічний склад і структурний стан поверхневих шарів оброблюваних металів та сплавів. На сьогодні потрібного рівня фізико-механічних властивостей новітніх матеріалів вдається досягти завдяки формуванню в них ультрадисперсних і нанометрових зеренних структур, а отже, цілеспрямована зміна структурного стану поверхневих шарів досліджуваних сплавів ультразвуковою ударною обробкою, сприятиме зростанню корозійної стійкості та зміні пружних характеристик.
Попередні результати отримано щодо формування нанорозмірних зеренних структур у поверхневих шарах сплавів ВТ-6 і сплавів на основі цирконію. Показано, що сформовані ультразвуковою ударною обробкою наноструктурні стани сприяють підвищенню корозійної стійкості. Корозійна стійкість забезпечується оксидними плівками, що утворюються на поверхні при обробці, та дають змогу змістити потенціали металевих матеріалів в область потенціалів, що виникають між біологічними тканинами й металічними матеріалами в фізіологічних умовах.
Показано, що може бути підвищеною і механічна стійкість матеріалів для імплантів, наприклад сплаву ВТ-6, одержаного за допомогою новітнього методу порошкової металургії з застосуванням гідриду титану. У цьому випадку, вибір режимів спікання та термообробки порошкового матеріалу дає змогу керувати залишковою пористистю, а отже, й модулем пружності. Ультразвукова ударна обробка суттєво підвищує втомну міцність цього сплаву за рахунок зниження шорсткості, формування стискаючих напружень і формування безпористого та наноструктурованого шарів на його поверхні.
Таким чином, використовуючи знання про природу й механізми зміни властивостей металевих біоматеріалів під дією зовнішніх впливів, можна визначити такі методи обробки поверхні сплавів, які поліпшуватимуть якість протезів та імплантатів.
Про «Механізми внутрішньосудинного та екстрасудинного тромбоутворення» доповів старший науковий співробітник Інституту біохімії імені О.В. Палладіна НАН України кандидат біологічних наук Володимир Чернишенко.
Система гемостазу функціонує у постійній динамічній рівновазі, забезпечуючи, з одного боку, неперервне циркулювання рідкої крові в судинах, а з іншого – швидку зупинку кровотечі за умов порушення цілісності стінки судин. Порушення такої рівноваги призводить до катастрофічних наслідків для всього організму. Масивна крововтрата при пораненнях чи крововиливах є головною причиною смертності у медицині катастроф, неможливість зупиняти кровотечу через порушення функціонування факторів зсідання крові (наприклад, за гемофілії), часто є несумісним із життям. Водночас, внутрішньосудинне зсідання крові, формування тромбу в судині та перекриття її просвіту – головна причина інфаркту міокарду, інсульту головного мозку, тромбоемболії легеневої артерії.
Дослідження відділу структури та функції білка Інституту біохімії імені О.В. Палладіна НАН України спрямовано саме на вивченням механізмів підтримання цієї хисткої рівноваги. Роботи, проведені у відділі під керівництвом члена-кореспондента НАН України Е.В. Луговського дали змогу розробити унікальні діагностикуми для виявлення загрози розвитку внутрішньосудинного тромбоутворення, виявити сполуки – інгібітори коагуляції, а також створити унікальний специфічний кровозупинний засіб, який не має аналогів у світі.
Комплекс лабораторних тестів, який дає змогу передбачити тромбоутворення при низці патологій, включає в себе імунодіагностичне визначення концентрації розчинного фібрину, D-димеру та фібриногену, а також уточнюючі тести, серед яких – визначення рівню протеїну С, активності фактора Ха тощо. Цей комплекс успішно апробується у хворих на діабет, тромбоз вен нижніх кінцівок, у вагітних із ускладненою вагітністю.
Вперше було виявлено унікальний каліксарен, здатний інгібувати полімеризацію фібрину in vivo. Підібрано дозування, за якого ця сполука повністю пригнічує формування фібрину у плазмі крові лабораторних тварин навіть за умов перорального введення.
Застосування високоспецифічного активатора зсідання крові, іммобілізованого на вуглецевих волокнистих пов’язках, дало змогу створити засіб для зупинки кровотеч, який показав свою ефективність у прямому порівнянні зі світовими аналогами, та, на відміну від них, є ефективним за гемофілії або на тлі адміністрації антикоагулянтів. Наразі триває підготовка до його клінічного застосування.
Таким чином, вивчення тонких механізмів регуляції процесів внутрішньосудинного й екстрасудинного тромбоутворення дало змогу створити методи оцінки загального балансу в системі гемостазу, запропонувати прототип лікарського препарату, здатний запобігти внутрішньосудинному тромбоутворенню in vivo, а також винайти кровозупинну пов’язку, яка специфічно стимулює екстрасудинне зсідання крові, сприяючи негайній зупинці кровотечі.
Наукове повідомлення «Трансформаційні процеси в інвестиційній системі та відтік з економіки України» виголосив заступник директора Інституту проблем ринку та економіко-екологічних досліджень НАН України доктор економічних наук Олександр Лайко.
 |
Трансформація інвестиційної системи в умовах ринкової економіки є об’єктивним і практично невпинним явищем, яке потребує регуляторних організаційно-економічних механізмів і важелів, що даватиме змогу ефективно впливати на динаміку розвитку та структуру економічної системи, оскільки інвестиції мають потужний перетворюючий вплив на національну економіку. Розбіжність між реаліями розвитку інвестиційної діяльності й інституціональним середовищем щодо забезпечення її провадження, науковими підходами щодо її дослідження в Україні, відсутність теоретичних і прикладних положень, інституціонального забезпечення та державної політики щодо регулювання трансформації інвестиційної системи й використання її можливостей для справлення модифікуючого впливу на національну економіку підтверджують необхідність розроблення теоретико-методологічних основ і комплексу заходів регулювання трансформації інвестиційної системи, адекватних сучасним реаліям та вимогам щодо розвитку національної економіки України.
Встановлено, що сучасна інвестиційна система країни характеризується сталістю структури, відсутністю диверсифікації джерел фінансового забезпечення процесу капіталовкладення, виснаженістю внутрішнього інвестиційного потенціалу, показник ефективності використання якого, хоча й наближається до 90–95%, однак свідчить не про високий ступінь віддачі на вкладений капітал, а про майже повну вичерпаність внутрішніх джерел забезпечення інвестиційного процесу. Нестабільність внутрішнього середовища розвитку економічної системи відлякує потенційних стратегічних інвесторів, незважаючи на позитивні рейтингові показники національної економіки, призводить до скорочення надходжень іноземних інвестицій та до прогресуючого непродуктивного відтоку фінансового капіталу. Валовий внутрішній продукт в Україні характеризується системним падінням інвестиційної складової – менше 15%, при тому, що критичною межею є показник 25%.
Відповідно до виявлених негативних динамік і закономірностей розвитку сучасної національної інвестиційної системи та з огляду на перспективи компліментарного включення України у процес світового обігу капіталу, в якому майже 70% від загального обсягу припадає на операції реінвестування, запропоновано методологію регулювання трансформації інвестиційної системи, яка:
– базується на концепції збалансованості інтересів учасників інвестиційного процесу в економічному, соціальному, бюджетному аспектах і комплексної підтримки обороту капіталу в ринковому середовищі з особливим акцентом на стимулювання відтворювальних процесів як головного джерела фінансового забезпечення інвестування в Україні;
– орієнтується на актуалізовані принципи функціонування інвестиційної системи (цілеспрямованості, пріоритетності, самодостатності, збалансованості, обґрунтованості, циклічності, відповідності, адаптивності і гнучкості, відкритості й прозорості, однозначності та єдності правил, гарантованості прав власності, об’єктивності й актуалізації);
– включає в себе стратегічні вектори децентралізації, регіоналізації та ринкової орієнтованості регулювання інвестиційним процесом, відповідно до яких сформовано інституціональні основи, запропоновано податковий, інтеграційний, антикризовий, інноваційно-науковий механізми активізації інвестиційної діяльності, а також методичний базис: інструменти механізми оцінки і регулювання трансформації інвестиційної системи.
Визначено особливу роль явища непродуктивного відтоку фінансового капіталу, обсяги якого наближаються до ключових макропоказників розвитку національної економіки – майже 11% всіх капітальних вкладень у країні може бути забезпечено завдяки втриманню непродуктивного відтоку інвестиційних ресурсів. Дієвим шляхом стримання непродуктивного відтоку фінансового капіталу є системна державна регуляторна інвестиційна політика, ключові напрями і заходи якої класифіковано за двома напрямами: загальні механізми пожвавлення відтворення капіталу; акцентовані важелі щодо активізації відтворення капіталу з особливою підтримкою інтересів певних категорій учасників суспільного виробництва.
Важелі з активізації відтворювальних процесів пов’язані з головними завданнями, поставленими у стратегічних документах щодо розвитку України в коротко- та середньостроковій перспективах і сформульовано у вигляді пропозицій до чинних законодавчих актів у сфері регулювання функціонування інвестиційної системи, а також відповідно до актуальних тенденцій децентралізації та регіоналізації національної політики стимулювання економічного розвитку.
«Про виконання цільової комплексної програми наукових досліджень НАН України «Фундаментальні аспекти відновлювано-водневої енергетики і паливно-комірчаних технологій»» доповів директор Інституту проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України академік Юрій Солонін.
 |
Виконання цієї програми дало змогу отримати низку вагомих наукових результатів, що сприяло реалізації пріоритетних напрямів розвитку науки і техніки. Протягом 2016–2018 рр. виконувалося 27 наукових проектів, у реалізації яких брали участь творчі колективи з 14 інститутів 5 відділень НАН України (Відділення фізики і астрономії; Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства; Відділення фізико-технічних проблем енергетики; Відділення хімії; Відділення біохімії, фізіології і молекулярної біології). Дослідження виконувалися за трьома напрямами: отримання водню, зберігання водню та паливні комірки, що дало змогу охопити й вирішити низку фундаментальних і науково-технічних проблем сучасної водневої енергетики та паливно-комірчаних технологій.
Так, за першим напрямом опрацьовано наукові засади створення технологій одержання водню з використанням електрохімічних, плазмохімічних та мікробіологічних методів, а також енергоакумулюючих речовин і каталізаторів. Досліджено можливості отримання водню з харчових відходів та з використанням відновлюваних джерел енергії.
Зокрема, розроблено технологічні схеми отримання водню із застосуванням геотермальних джерел енергії, сонячного випромінювання та енергії вітру (Інститут відновлюваної енергетики НАН України); здійснено термодинамічне обґрунтування й експериментальне підтвердження новітньої біотехнології отримання водню з одночасним знешкодженням екологічно небезпечних змішаних харчових відходів (Інститут мікробіології та вірусології імені Д.К. Заболотного НАН України); сконструйовано та протестовано реверсивну паливну комірку, що забезпечує отримання водню шляхом фотохімічного розкладу води, дає змогу акумулювати отримуваний водень і використовувати його для генерації електричного струму (Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії імені В.П. Кухаря НАН України).
Крім того, визначено характеристики газифікації твердих відходів деревини, деревного вугілля й донного мулу на повітряному та пароповітряному дутті. Розроблено нові каталізатори на основі феритів магнію, марганцю і заліза, які проявляють високу каталітичну активність і селективність у процесі одержання водню паровим риформінгом (Інститут вугільних енерготехнологій НАН України, Інститут фізичної хімії імені Л.В. Писаржевського НАН України); запропоновано напрями технологічного використання водню для трансформації надлишку електричної енергії за допомогою електролізу води й робочі цикли перетворення енергії в замкнутих схемах водневих установок (Інститут проблем машинобудування імені А.М. Підгорного НАН України); на основі наноструктурованого діоксиду титану, сенсибілізованого до дії видимого світла наночастинками сульфідів кадмію та сурми, одержано низку фотоанодів сонячних комірок з ефективністю перетворення світла 8,15% (Інститут фізичної хімії імені Л.В. Писаржевського НАН України).
У межах другого напряму здійснювався пошук шляхів вирішення проблеми створення ефективних воденьакумулюючих матеріалів і ємностей для зберігання водню.
Досліджено водневу ємність, термічну стійкість, кінетику десорбції водню з отриманих механічних сплавів на основі магнію, перспективних для зберігання значної кількості водню. В результаті реактивного механічного помелу сумішей магнію з кремнієм, залізом і титаном досягнуто водневої ємності 5,8 ваг. %. Встановлено, що додавання до магнію одночасно кремнію, титану та заліза забезпечує підвищення швидкості десорбції водню у 5–7 разів. Такі накопичувачі водню можуть бути рекомендовані для використання у системах автономного енергозабезпечення та комплексі з високотемпературними твердооксидними паливними комірками. На основі розрахунково-теоретичних і експериментальних досліджень технічних характеристик металогідридного акумулятора визначено конструктивні розміри його складових, розроблено регламент експлуатації акумулятора залежно від інтенсивності зовнішнього теплового впливу. Змодельовано, сконструйовано та виготовлено ємності високого тиску як накопичувача водню для паливних комірок (Інститут проблем машинобудування імені А.М. Підгорного НАН України; Інститут проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України).
Розроблено технологічний регламент на композитний матеріал для комбінованих високоміцних ємностей для акумулювання, зберігання і використання водню та відповідне технічне завдання на розроблення конструкції балонів (Інститут електрозварювання імені Є.О. Патона НАН України).
Встановлено, що нові воденьсорбуючі сплави на основі лантану, цирконію та нікелю як матеріали для металгідридних електродів порівняно легко активуються, мають високу ємність за воднем (до 300 мА*г/г) і низьку втрату максимальної розрядної ємності (менше 5% у перших 30 циклах). Визначено термокінетичні параметри оборотного насичення воднем (наводнення і наступне видалення водню) порошкових лігатур систем, що містять, зокрема, титан, алюміній, залізо (Інститут проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України; Фізико-механічний інститут імені Г.В. Карпенка НАН України; Інститут металофізики імені Г.В. Курдюмова НАН України). Методами квантової хімії встановлено закономірності взаємодії молекул водню з графеноподібними площинами (Інститут хімії поверхні імені О.О. Чуйка НАН України; Інститут газу НАН України).
Дослідження за третім напрямом зосереджувалися на вдосконаленні електродних і електролітних матеріалів для паливних комірок (ПК).
Зокрема, проведено апробацію діоксиду цирконію вітчизняного виробництва для виготовлення пласких керамічних паливних комірок (КПК) методом стрічкового лиття та встановлено, що вони є ефективнішими порівняно з комерційними аналогами. Створена методика стрічкового лиття є перспективною і може використовуватись як основа для подальшого відпрацювання технології промислового виготовлення КПК. Опрацювано режими синтезу та спікання складних оксидних і метало-оксидних воденьпроникних матеріалів, які відповідно до виміряних характеристик можуть використовуватись як компоненти паливної комірки з протонною провідністю (Інститут проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України; Інститут загальної та неорганічної хімії імені В.І. Вернадського НАН України; Інститут фізичної хімії імені Л.В. Писаржевського НАН України).
Створено методику формування універсальних мембранно-електродних блоків (МЕБ) та виготовлено компоненти для батареї паливних комірок потужністю 5 Вт, 10 Вт, 100 Вт і 200 Вт, а також макет дослідного зразка воднево-повітряної паливної батареї на 5 Вт і методи дослідження характеристик із виявлення технологічних факторів, що впливають на енергетичні характеристики воднево-повітряної паливної батареї (Інститут загальної та неорганічної хімії імені В.І. Вернадського НАН України). Розроблено макет низькотемпературної паливної комірки з МЕБ на основі комерційної іонпровідної мембрани «Нафіон». Відпрацьовано найефективніші методи підготовки мембрани, нанесення каталізатора та формування МЕБ (Інститут фізичної хімії імені Л.В. Писаржевського НАН України).
Встановлено оптимальний склад композита на основі МАХ-фаз (безкисневих керамік) титану для з’єднувальних елементів КПК, який продемонстрував високу міцність в інтервалі температур 20-600°С і найвищу жаростійкість (Фізико-механічний інститут імені Г.В. Карпенка НАН України). Синтезовані протонообмінні мембрани, перспективні для використання як тверді поліелектроліти у водневих паливних комірках при температурах вище 100°С (Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України).
У 2018 році в межах бюджетної програми НАН України «Підтримка розвитку пріоритетних напрямів наукових досліджень» (КПКВК 6541230) було надано фінансування обсягом 662 тис. грн. на виконання 4 додаткових проектів комплексної програми. Це дало змогу зосередити увагу на найперспективніших науково-дослідних роботах, підтримати їх й отримати важливі фундаментальні та практичні результати. Зокрема, проведено монтаж і наладку дослідно-демонстраційної установки отримання водню з використанням відновлюваних джерел енергії (ВДЕ); розроблено й виготовлено установку для отримання водню шляхом переробки побутових відходів, що дає змогу створювати в подальшому типові малогабаритні установки для їх тиражування та впровадження у приватні господарства; розроблено конструкцію установки для формування силових оболонок на поверхні корпусів балонів для зберігання водню.
Результати досліджень за проектами програми опубліковано у 8 монографіях, 170 статтях у фахових вітчизняних і закордонних журналах. Затверджено 2 Національні стандарти України, подано заявки та отримано 17 патентів, у тому числі за кордоном.
Результати, отримані за комплексною програмою, відкривають нові широкі перспективи для подальшого розвитку наукових досліджень, зокрема з опрацювання наукових основ технологій, пристроїв та матеріалів у зазначеній галузі.
По завершенні обговорення цієї доповіді Президія Академії схвалила Концепцію цільової програми наукових досліджень «Розвиток наукових засад отримання, зберігання та використання водню в системах автономного енергозабезпечення» на 2019–2021 роки.
Потому учасники засідання розглянули низку кадрових і поточних питань, зокрема, про присудження Золотої медалі імені В.І. Вернадського НАН України, створення Ради з досліджень океану НАН України, роботу аспірантури й докторантури НАН України, відзначення 70-річчя Інституту держави і права імені В.М. Корецького НАН України.
Із додатковою інформацією про цей захід можна буде ознайомитися в прес-релізі з розділу «Засідання Президії НАН України» офіційного веб-сайту НАН України.
Фото: Прес-служба НАН України