View message

Джерело: nrfu.org.ua

10 листопада 2021 року, з нагоди Всесвітнього дня науки в ім’я миру та розвитку, Національний фонд досліджень України (НФДУ) організував захід «Наукова Super Nova 2», серед спікерів якого були й учені НАН України – керівники проєктів, що виконуються в установах Академії за ґрантами цього Фонду.

Кандидат хімічних наук Катерина Войтко (фото люб’язно надала Катерина Войтко)

Науковий співробітник відділу фізико-хімії вуглецевих наноматеріалів Інституту хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України кандидат хімічних наук Катерина Войтко представила підтриманий Фондом проєкт «Розробка наноантиоксидантів на основі графену для терапії серцево-судинних захворювань», який під її керівництвом виконують учені Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця й Інституту хімії поверхні ім. О.О. Чуйка.

«За статистикою, від COVID-19 у світі щохвилини помирає 5 людей, від респіраторних захворювань – 7, від онкозахворювань – 18, а від серцево-судинних (інфаркту, інсульту, гіпертонії) – 34, – говорить Катерина Войтко. – Остання група діагнозів є причиною 40% усіх річних смертей на планеті. В Україні ця цифра ще вища – 67%! Чому так відбувається і як цьому можна запобігти?

Переважна більшість серцево-судинних захворювань спричинені оксидативним стресом через накопичення вільних радикалів у клітині під дією ультрафіолетового випромінювання, забрудненого довкілля, радіації, паління, а також низки внутрішніх процесів (запалення, порушення метаболізму тощо). Вільні радикали згубно впливають на ядро клітини, руйнуючи її або призводячи до мутацій. Аби зменшити вплив вільних радикалів, необхідно вести здоровий спосіб життя – щодня бути фізично активним, вживати корисну їжу й пити багато чистої води, а також включити у свій раціон антиоксиданти (речовини, що протидіють впливові вільних радикалів). Антиоксиданти містяться в різних харчових продуктах, але їх також штучно синтезують, чим займається і наша дослідницька група.

У клітині існує власна антиоксидантна система, яка складається з тріади ферментів – каталази, супероксиддисмутази та глютатіонпероксидази. Вони діють за дуже складною схемою і чутливі до змін температури тіла та рівня кислотності середовища. Тому ми намагаємося створити антиоксидант, який, по-перше, міг би замінити всі ці три ферменти одночасно, а по-друге, був нанорозмірним (аби працювати на клітинному рівні).

І у 2009 році, вперше потрапивши до закордонної лабораторії (Університет Брайтона, Велика Британія), я, досліджуючи механізм дії ферменту каталаза на прикладі активованого вугілля, зрозуміла, що такий матеріал існує. Саме тоді мені вперше до рук потрапив графен – матеріал, який є одиницею виміру всіх вуглецевих матеріалів і здатен працювати в рази потужніше. Графен – площина поліконденсованих бензольних кілець, що містить велику кількість функціональних груп, які можна легко змінювати. Маючи товщину в 1 атом, графен у 200 разів міцніший за сталь і має вдвічі вищу, ніж мідь, електропровідність. Щороку на дослідження властивостей графену Європейський Союз спрямовує 1 млрд євро, а британські науковці Андре Ґейм і Костянтин Новосольов, нагадаю, отримали Нобелівську премію в галузі фізики 2010 року за відкриття цього матеріалу. Графен видався мені дуже цікавим і перспективним, тож я зупинила на ньому свій вибір і, гадаю, вчинила правильно. За 11 років роботи з графеном я підготувала чимало ґрантових заявок (успішних і не дуже). Напевно, саме цей досвід допоміг виграти ґрант Національного фонду досліджень України.

Виконуючи проєкт за цим ґрантом, ми довели, що завдяки своїй великій площі графен здатен вловлювати величезну кількість вільних радикалів. Тобто, вводячи цей матеріал у клітину, ми можемо зменшувати оксидативний стрес і нейтралізувати вільні радикали. Отримавши результати досліджень у пробірці, ми вирішили перенести цей матеріал на біологічний об’єкт – ізольоване серце щура – і дослідити його в моделі ішемії – реперфузії (іншими словами, штучно змодельованого інфаркту). Величезний масив обнадійливих даних дає нам підстави вважати графен перспективним кардіопротекторним препаратом.

Наразі робота триває. У межах проєкту ми частково виконали преклінічні дослідження. По їх завершенні знадобляться також клінічні дослідження. Це надскладний шлях, особливо в українських реаліях. Він потребуватиме часу (7–10 років) і великих коштів. Але ми сподіваємося, що зможемо досягти кінцевого результату й усе-таки виготовити фармакологічний препарат, який врятує чиєсь життя. Досі, наскільки мені відомо, жодні ліки в Україні не доходили до стадії масштабного виробництва з нуля, пройшовши всі доклінічні та клінічні дослідження».

ПРЕЗЕНТАЦІЯ

Доктор технічних наук, професор Наталія Куссуль (фото – з Facebook-сторінки науковиці)

Про проєкт «Супутниковий моніторинг пожежної безпеки у природних екосистемах» розповіла його керівниця – заступниця директора з наукової роботи Інституту космічних досліджень НАН України та ДКА України, завідувачка відділу космічних інформаційних систем та технологій цього Інституту доктор технічних наук, професор Наталія Куссуль.

«Цього літа інформаційний простір сколихнула новина про те, що наша планета горить. Як доказ наводилися мапи, побудовані за даними супутників американського Національного управління з аеронавтики і дослідження космічного простору (NASA). На цих мапах дійсно видно, що всі континенти охоплені вогнем, причому на території України пожеж теж доволі рясно.

Насправді наша ситуація не така критична, хоч і хорошою її теж не можна назвати: за даними Державної служби України з питань надзвичайних ситуацій (ДСНС), від початку 2021 року в Україні сталося вже близько 60 тис. пожеж, 55% з яких – на відкритих територіях та у природних екосистемах; прямі збитки перевищили 20 млн грн, непрямі – 2 млрд грн. Місяцями-рекордсменами за кількістю пожеж в Україні є квітень і серпень. До речі, дуже часто пожежі спричинені не просто займанням трави абощо, а саме людським втручанням.

Попри все це, Україна не має власної системи моніторингу пожежної небезпеки, тож мусить користуватися виключно глобальними інформаційними продуктами, що їх інші держави надають усьому світові. Однак ці продукти зазвичай мають дуже низьке розрізнення. Скажімо, глобальний індекс пожежної небезпеки, який розраховується на основі погодних даних, має розрізнення аж 8 км (тобто одна точка, якою позначають локалізацію певної пожежі, – це квадрат на земній поверхні, довжина сторони якого дорівнює 8 км). Глобальний індекс пожежної небезпеки корелює з реальними пожежами, проте за такими даними, на жаль, неможливо докладно дослідити, що горить і як запобігти ускладненню ситуації.

Ми з колегами із провідних українських університетів та з Організації Об’єднаних Націй нещодавно опублікували наукову статтю, в якій порівняли українську ситуацію із загальноєвропейською у сфері пожежної безпеки. За нашими підрахунками, в Україні на рік стається в середньому у 300 разів більше пожеж, ніж у країнах Європи. Як свідчать супутникові дані, спричинює їх, на жаль, дуже поширене у нас спалення стерні на сільськогосподарських угіддях. Ми також довели, що через своє низьке розрізнення дані супутника занижують кількість пожеж на 30–60%. Крім того, супутник пролітає над нашою територією не так часто, тож близько половини пожеж взагалі не фіксує.

У межах проєкту за ґрантом НФДУ ми взялися вдосконалити наявний погодний індекс пожеж, який, крім традиційних показників (температури, вологості, опадів, швидкості вітру), враховував би вміст вологи у поверхневому шарі ґрунту, а також супутникові дані високого розрізнення. На нашу думку, цей метод дозволяє поліпшити аналіз пожежної небезпеки і зробити його точнішим в українських умовах.

Нам вдалося побудувати індекс вологодефіциту. Якщо глобальний індекс, нагадаю, має розрізнення 8 км, а його поліпшена європейська версія – 1 км, то, виконуючи проєкт за ґрантом НФДУ, ми з колегами поліпшили розрізнення до 250 м. Така якість зображень уже дає змогу детально аналізувати, що відбувається у конкретних місцевостях, з’ясовувати рівень пожежної небезпеки різних об’єктів і визначатись із тим, як захищати їх від займання. Весняні значення нашого індексу свідчать (і це підтверджується даними супутника MODIS), що найбільша пожежна небезпека в цю пору року характерна для центральних регіонів України. Улітку ситуація змінюється: за нашими даними, вологодефіцит під час спекотного сезону спостерігається переважно у південних регіонах України. Восени пожежна небезпека зменшується, та все ж ситуація не надто сприятлива і пожеж стається доволі багато.

Оскільки наш індекс дуже добре корелює з реальними пожежами в усіх областях України в усі пори року, то його можна використовувати для підтримки ухвалення рішень різними державними органами про завчасну підготовку до можливих несприятливих ситуацій. Якщо наш індекс вологодефіциту доповнити методами штучного інтелекту, буде легко з’ясувати не тільки, де горить і чия це ділянка, а й що горить і хто є можливим ініціатором небезпечної ситуації. Кінцевий продукт для українських органів державної влади (і, до речі, в Україні це перший такий продукт із високим розрізненням) – наші мапи рівнів пожежної небезпеки, які можна щодня оновлювати.

Наостанок – кілька слів про перспективи. Супутниковий моніторинг відкриває широкі можливості для цифровізації економіки та підтримки ухвалення рішень державними органами (і не лише щодо пожеж). Він дає змогу аналізувати динаміку різних аспектів нашого існування: і розвиток міст, і стан посівів, і якість повітря, і зміни клімату, і досягнення цілей сталого розвитку. Завдяки супутниковому моніторингу людство може аналізувати наслідки своїх дій та планувати розвиток цивілізації.

Ми з колегами зараз виконуємо кілька проєктів у цій галузі та просуваємо створення українського-німецького центру ключових компетенцій: від України в ньому беруть участь Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» й Інститут космічних досліджень НАН України та ДКА України, від Німеччини – Ангальтський університет прикладних наук. Покладаємо на цей центр великі сподівання».

ПРЕЗЕНТАЦІЯ

Доктор технічних наук Максим Юрженко (фото люб’язно надав Максим Юрженко)

Завідувач відділу зварювання пластмас Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України доктор технічних наук Максим Юрженко представив проєкт «Розробка нанокомпозитних полімерних біоматеріалів з ефективною противірусною та антимікробною дією і технології 3D друку виробів із них», який під його керівництвом виконують учені Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, Інституту хімії високомолекулярних сполук НАН України, Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України та Національного наукового центру радіаційної медицини НАМН України.

«Півторарічне виконання цього проєкту є успішним, не побоюся цього слова, – стверджує Максим Юрженко. – Ідея виготовлення заявлених наноматеріалів і виробів із них, що були б убезпечені від патогенних мікроорганізмів без постійної дезінфекції їхніх (виробів) поверхонь, з’явилась у нас доволі давно, а пандемія спонукала активізувати дослідження за цим напрямом. Ми почали працювати з полімерними нанокомпозитами, за основу взяли сучасний біополімер – полілактид, оскільки він є біобезпечним і біосумісним. Далі розробили й синтезували власні наноматеріали із частинками активного срібла. Розмір наночастинок срібла  – 10–30 атомів – дуже важливий для забезпечення їхньої антимікробної та противірусної активності, адже вони мають надзвичайно велику площу активної поверхні, завдяки чому плівки з цих наноматеріалів, як довели наші дослідження, ефективно запобігають осіданню стафілокока, вірусу грипу H1N1 та деяких інших мікроорганізмів. Було бажання перевірити ефективність розробки проти коронавірусу SARS-CoV-2, однак в Україні, на жаль, немає лабораторії належного рівня безпеки, в якій можна було б із ним працювати. Тому довелося зосередитися на доступних для нас бактеріях і вірусах. Під час виконання проєкту ми впевнилися, що нові наноматеріали цілком безпечні для людини, зокрема, перевірили навіть, що вони не впливають на її геном. Важливо, що на кожному етапі виконання проєкту розробку перевіряли на ефективність та безпечність.

Далі з цих матеріалів формувалися філаменти – напівфабрикати (у вигляді тонкої нитки) для 3D друку виробів з антимікробною та противірусною активністю. Кінцевий же продукт – 3D вироби – формували у формі піґулок. Зараз займаємося спрощенням технологічних процесів – як формуванням наноматеріалів і філаментів із них, так і технології 3D друку, – аби наші вироби можна було друкувати на будь-якому 3D принтері (для потреб медицини, харчової промисловості тощо).

Крім уже згаданих результатів, виконання проєкту за ґрантом НФДУ дало нам змогу розвинути два додаткові напрями. По-перше, плануємо розробити технологію формування наших наноматеріалів у значних обсягах – для покриття ними великих площ, наприклад меблів, у різних громадських закладах (лікарнях, школах, на робочих місцях тощо). По-друге, починаємо працювати за таким новим, але вже актуальним у світі напрямом, як 4D друк: надруковані на 3D принтері вироби, зазнаючи цілеспрямованого впливу зовнішніх чинників (електромагнітного чи ультрафіолетового випромінювання, температури, вологості і так далі), змінюють свої структуру та властивості.

Насамкінець хочу додати, що завдяки підтримці Фонду два тижні тому в Інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України відкрилася сучасна лабораторія полімерного матеріалознавства, оснащена новітнім обладнанням. У майбутньому в ній досліджуватимемо все нові і нові матеріали».

ПРЕЗЕНТАЦІЯ

Додатково про проєкт

Член-кореспондент НАН України Віктор Сорокін (джерело: sds.kname.edu.ua)

Проєкт «Енергоощадні потужні та надпотужні світлодіодні освітлювальні системи з живленням від відновлюваних джерел енергії» представив його керівник – завідувач відділу оптоелектронних світлогенеруючих приладів і систем Інституту фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України член-кореспондент НАН України Віктор Сорокін.

«80% інформації про навколишнє середовище людина отримує за допомогою органів зору. Важливу роль у якісному візуальному сприйнятті відіграє освітлення, – зазначив Віктор Сорокін. – Зосереджуся на особливостях світлодіодного. В Україні його вперше впровадили 2006 року: над головною вулицею Києва – Хрещатиком – було розміщено декоративні ілюмінаційні системи, які динамічно змінювали колір у процесі роботи.

Енергетична ефективність перших світлодіодних приладів сягала 15–20 люменів на ватт (люмен – це кількість світла, що випромінюється у довкілля). Для порівняння: енергетична ефективність ламп розжарювання нині не перевищує 10–12 люменів на ватт, тобто не набагато менше. Але за останні 10 років технології світлодіодних освітлювальних систем так різко змінилися, що енергетична ефективність таких приладів зросла до 230–300 (і навіть більше) люменів на ватт. Хоча, з наукового погляду, це ще не вирішальна перевага над лампами розжарювання (навіть попри те, що їхня енергетична ефективність лишилася на тому ж рівні). Друга перевага світлодіодного джерела світла – це, безперечно, строк служби. Якщо лампу розжарювання змінюють раз на рік або на пів року, то сучасна світлодіодна лампа може служити понад 100 тис. год (нормою вважається 150 тис. год.).

Головним завданням проєкту, який ми виконуємо за ґрантом НФДУ, було створення унікальної системи світлодіодного освітлення, що живиться не від побутової електричної мережі з напругою 220 В і частотою 50 Гц, а від комбінованого освітлення, котре передбачає використання сонячних батарей як безкоштовного джерела енергії. Саме таке поєднання – сонячних батарей із потужними світлодіодними джерелами світла – дозволяє впроваджувати дуже багато різних освітлювальних систем на житлово-комунальних, промислових, військових та інших об’єктах.

Однією з них уже обладнано, наприклад, багатоповерховий житловий будинок. На даху розташовані сонячні батареї, від яких будинок живиться завдяки світлодіодному освітленню. Безумовно, вдень не потрібно багато освітлення, тож спеціальна система накопичує енергію, а в темну пору доби – віддає. Є приклади використання світлодіодного освітлення й на великих спортивних спорудах, в офісних центрах, ангарах для автомобільної техніки та літаків. Працюючи за цим напрямом далі, ми зможемо зробити для України ще більше».

*     *     *

Декан інженерно-фізичного факультету Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» академік Петро Лобода розповів про проєкт «Розробка нового класу металокерамічних композитів із порошків надтвердої армованої кераміки для екстремальних умов експлуатації», який під його керівництвом виконують фахівці цього закладу вищої освіти.

Відеозапис заходу

За інформацією Пресслужби НАН України,
Інституту хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України,
Інституту космічних досліджень НАН України та ДКА України,
Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України