261
достижений, открывающих дорогу новым, более эффективным приложениям. В частности в ближайшие пять лет будет создана научно-технологическая база для широкого распространения общедоступных систем автоматизированного обучения для отдельных предметов и специальностей, систем, основанных на виртуальных способах профессионального общения, а также технологий, систем и инструментальных средств разработки программного обеспечения, позволяющих реализовать работу группы разработчиков независимо от их географического положения.
Индустрия наносистем и материалов Нанотехнологии и новые материалы – направление, способное
радикально изменить жизнь человечества и внести огромный вклад в социально-экономическое развитие уже в недалеком будущем. Согласно экспертным оценкам, для России наиболее актуальные разработки в этой сфере относятся к созданию мембран и каталитических систем, биосовместимых материалов, полимеров и кристаллических материалов. Несколько ниже оценки перспектив технологий создания и обработки композиционных и керамических материалов, а также нанотехнологий и наноматериалов.
В области мембран и каталитических систем к наиболее важным технологиям относятся «Катализ наносенсорными наночастицами благородных металлов в процессах нефтепереработки, экологии и энергосбережения»; «Разработка фильтров и мембран на основе наноматериалов для очистки воды, воздуха, опреснения воды»; а также «Технологии каталитического синтеза углеродных наноматериалов – нановолокон, нанонитей, нанотрубок из доступного углеводородного сырья».
Наиболее перспективные приложения технологий создания биосовместимых материалов относятся к медицине: наноструктурированные материалы и покрытия для создания имплантов, работающих под нагрузкой; наноконтейнерные технологии векторной доставки лекарств; биосовместимые материалы, имитирующие ткани живых организмов; наноматериалы для
262
экстренной остановки кровотечений при оказании первой медицинской помощи; магнитные наноносители с регулируемой точкой Кюри (42-45°С) для лечения злокачественных опухолей, доставки лекарств и магнитной томографии.
Весьма разнообразны направления использования полимеров и кристаллических материалов, среди них: кристаллические и наноструктурированные металлические материалы для различных видов транспорта; полимерные материалы (включая волокна и нити) с повышенной механической прочностью и химической стойкостью; полимерные антифрикционные материалы и покрытия, а также кристаллические материалы для инфракрасной техники, спинтроники и фотоники. Значительный эффект ожидается от применения новых материалов в энергетике, в первую очередь, альтернативных источников энергии (солнечных батарей; портативных топливных элементов, аккумуляторов водорода, электрохимических и термоэлектрических источников тока, суперконденсаторов и др.).
В области композиционных и керамических материалов наиболее широкий потенциальный рынок имеют упрочняющие инструментальные покрытия для машиностроения, коррозионностойкие материалы и покрытия для экстремальных условий эксплуатации, высокопрозрачная нанокерамика для оптики и фотоники, нанокомпозиты для топливных элементов и устройств наноионики, ресурсосберегающие керамические мембраны с прецизионно регулируемой пористостью.
Высокую актуальность для развития нанотехнологий в России имеют разработки метрологического обеспечения, а также «наноприложений» в области электроники, в том числе, элементной базы, метаматериалов для оптоэлектроники, сенсорной техники, магнитной томографии, микроскопии сверхвысокого разрешения, формирования трехмерных полупроводниковых и металлических наноструктур на основе эффектов самоорганизации, создания энергонезависимых устройств долговременного хранения информации сверхвысокой емкости. Как и в области полимеров весьма перспективны
263
применения нанотехнологий в энергетике, например, разработка белых светоизлучающих диодов высокой яркости и эффективности.
В области нано- и микросистемной техники актуальны приложения в области высокоскоростной связи с эффективной защитой от естественных и искусственных помех; моделирования наноприборов (нанотранзисторов и др.) для ультра-БИС с нормами проектирования в суб-20 нм диапазоне. Перспективны технологии создания полифункциональных алмазоподобных пленок и диэлектрических тонких пленок суб-10 нм толщины с большой диэлектрической константой (~ 20). Важным направлением для энергетики является создание сверхчувствительных сенсоров физических величин с высокой по сравнению с кремнием радиационной стойкостью.
Уровень российских разработок по приоритетному направлению «Индустрия наносистем и материалов» относительно высок по сравнению с другими направлениями, однако в большинстве направлений отставание от мировых лидеров носит существенный характер.
Наиболее высокий уровень российских разработок отмечается в области мембран и каталитических систем, композиционных и керамических материалов. Несколько ниже оценки для нанотехнологий и наноматериалов, а также биосовместимых материалов. Среди технологий, по которым отставание России менее заметно, следует отметить формирование ультрамелкозернистой структуры в металлических сплавах методами интенсивной пластической деформации; сопряжение наноконтейнеров с биологически активными молекулами; высокоэффективные полимерные теплоизолирующие тепло- и огнестойкие материалы; покрытия и модификаторы; коррозионностойкие материалы и покрытия для экстремальных условий эксплуатации.
По ряду направлений имеются реальные шансы быстрой реализации российских научно-технических заделов и получения конкурентоспособной продукции: это упрочняющие инструментальные покрытия для машиностроения; кристаллические и наноструктурированные металлические материалы с повышенными конструкционными и функциональными
264
свойствами для различных видов транспорта; коррозионностойкие материалы и покрытия для экстремальных условий эксплуатации; фильтры и мембраны на основе наноматериалов для очистки воздуха, воды и ее опреснения.
Живые системы Технологии живых систем призваны формировать основу для решения
острейших социальных проблем, касающихся каждого человека, – профилактики и лечения наиболее распространенных и опасных заболеваний, а также обеспечения радикального повышения эффективности сельскохозяйственного производства.
Наиболее перспективные направления использования технологий живых систем связаны с интеграцией био-, нано- и информационных технологий. При этом, согласно экспертным оценкам, наиболее важными для будущего России являются разработки в сфере биосенсоров, биомедицины, клеточных, биокаталитических и биосинтетических технологий.
Основное практическое применение технологий живых систем ожидается в сфере медицины, включая методы диагностики, профилактики и лечения заболеваний. Актуальные для России темы охватывают профилактику социально значимых заболеваний (атеросклероза, ишемической болезни сердца, инфаркта миокарда и др.; выявление роли генетических факторов в патогенезе социально значимых мультифакториальных заболеваний; комплексная ДНК-диагностика наследственных заболеваний; индивидуальное генетическое тестирование, а также прогнозирование риска развития, степени тяжести течения и оценки эффективности терапии сердечнососудистых заболеваний.
В области клеточных технологий большое значение придается проведению фундаментальных исследований, направленных на выяснение молекулярных и клеточных механизмов трансформации нормальных клеток в раковые; выявление связей между популяциями нормальных, стволовых и раковых клеток, составляющих опухолевые узлы, и ключевых биомолекул при
265
злокачественной трансформации клеток, а также раскрытие молекулярных механизмов регенерации тканей. Практическое применение этих технологий ожидается в области регенерации тканей и органов на основе стволовых клеток, получения «иммунокомпетентных клеток», систем экспресс-диагностики инсульта мозга.
Биосенсорные технологии являются междисциплинарным направлением и охватывают молекулярную химию, генетику и физику. Они имеют огромное влияние на повышение качества жизни человека, предлагая раннюю диагностику заболеваний, выявление вредных веществ в пище и окружающей среде. В качестве наиболее важной тематики в данной области: тест-системы для диагностики рака, системных, инфекционных и наследственных заболеваний (в т.ч. лекарственно-устойчивых); биосенсоры и биочипы для клинической диагностики с использованием новых типов биологических устройств; биочипы для полуавтоматической регистрации генных маркеров наиболее значимых патологий; технологии быстрой идентификации токсических веществ и патогенов.
Прогресс геномных и постгеномных технологий создания лекарственных средств будет определяться решением таких исследовательских задач, как: установление взаимосвязи между мутациями в геноме и профилем лекарственной устойчивости патогенных микроорганизмов (туберкулеза, стрептококка, гонококка и др.); раскрытие причин многофакторных генетических заболеваний и предрасположенностей к ним, в частности, связанных с неправильной экспрессией генов; установление корреляций между генетическими полиморфизмами и вариантами функционирования различных систем организма. В практическом плане наиболее перспективны поиск новых молекулярных мишеней для создания новых лекарственных средств и ранних маркеров заболеваний, создание вакцин против широкого круга заболеваний (малярии, рака шейки матки, гепатитов А и С и др.); системы доставки биологически активных соединений к органам-мишеням, в том числе с использованием наночастиц (аэрозоли, липосомы, фагосомы).