В минувшую субботу в рамках XI Петербургского международного экономического форума были объявлены победители Конкурса русских инноваций-2007, организованного нашим журналом шесть лет назад (партнеры – департамент поддержки и развития малого предпринимательства правительства Москвы и компания Wermuth Asset Management GmbH).

На этот раз с явным преимуществом победили инновационные команды, занимающиеся нано- и биотехнологиями и связанным с этими глобальными технологическими трендами приборостроением.

Не скроем, вначале мы заподозрили наш уважаемый экспертный совет в приверженности конъюнктуре. Действительно, 2007 год был отмечен небывалой активностью государства на инновационном рынке. Проведение конкурса Российской венчурной компании (победили команды, в технологических портфелях которых нано- и биотехнологическая тема занимала далеко не последнее место), объявленная президентом РФ инициатива по созданию национальной нанокорпорации с многомиллиардным бюджетом – все это наводило на мысль, что подчеркнутые властью НТП-приоритеты повлияли на выбор экспертов.

Однако анализ статистики нашего конкурса по кластерам показал, что тренд «нанобиотехнологии и связанное с ними приборостроение» существовал на протяжении всех шести лет проведения КРИ. Скорее выглядит все так, что власть прислушалась к мнению экспертной общественности. Судите сами. Наибольшее число проектов за шесть лет поступало в следующих кластерах: информационно-телекоммуникационные технологии – 347 проектов (14%), медицина, биотехнологии и агропром – 329 (13%), транспорт и двигателестроение – 327 (13%), экология и ресурсосбережение – 294 проекта (12%), промышленные технологии – 291 проект (12%).

Но в процессе экспертизы (три тура) это распределение изменяется. На первое место среди проектов-победителей с большим преимуществом выходят медицинские и биотехнологии (31% от числа победителей). Второе место сохраняют информационные технологии (17%). Существенно – вдвое – увеличивают свое представительство проекты в области нанотехнологий и материаловедения и приборостроения (15 и 11%). А вот проекты в сфере транспорта и экологии серьезно сдают свои позиции, довольствуясь 1 и 6% и занимая последние строчки этого рейтинга. Если же кластер «медицина, биотехнологии и агропром» анализировать тщательно, то окажется, что более половины проектов (как среди претендентов, так и среди победителей конкурса) относится к разработке приборов, измеряющих и анализирующих биологические объекты и манипулирующих ими. То есть «нанобиоприборостроение» пока выглядит как одно из самых заметных и успешных направлений деятельности нашего малого инновационного бизнеса.

Объяснение этому, на наш взгляд, может выглядеть следующим образом: нанобиотех и приборостроение – вотчина не только российского, но и мирового малого инновационного бизнеса. Венчурный капитал, отработав ИТ-контур, уже давно присматривался к новому кластеру. Малая капиталоемкость на старте, общий тренд фундаментальной науки (попытки использовать потенциал современных физики и химии в изучении живых систем) и, наконец, спрос на долгую и безболезненную жизнь со стороны обывателя – все это подталкивает инноваторов к созданию технологий и инструментов, эффективно работающих с живыми системами на наноуровне. Нам кажется, что это «стихийное» движение инновационной прослойки стоит подхватить на государственном уровне. Формирующиеся сейчас национальные нано– и венчурные программы пока пытаются обрести свою институциональную оболочку, но на следующем шаге им не обойтись без научно-технологического содержания. Конкурс нашего журнала предлагает одну из тем.

По капле крови

Гран-при получило ООО «Медицинский исследовательский центр “Иммункулус”» за проект сети медицинских центров ранней диагностики и профилактики. Он же был признан экспертным советом лучшим в номинации «История успеха».

Почти каждый человек болен. Но не всякий знает об этом. Перспектива при малейшем чувстве дискомфорта в организме таскаться по разным врачам, сдавать кучу анализов и получать совершенно разрозненные рекомендации узких специалистов – малопривлекательна. В этот момент каждый мечтает о такой диагностике, которая могла бы извлечь всю информацию о здоровье, допустим, из одной капли крови. И такую технологию разработали российские ученые.

В основе разработки – иммунный портрет человека, отражающий особенности его молекулярного состава. Иммунный портрет «нарисован» аутоантителами, особыми работниками иммунной системы.

Природа дала ученым удобный механизм анализа аутоантител. У здоровых людей так называемое сывороточное содержание аутоантител определенной специфичности примерно одинаково. И это отправная точка, от которой можно отталкиваться при исследовании иммунного статуса организма. Увеличение или уменьшение тех или иных аутоантител свидетельствует о проблемах в том органе, который они представляют. Заблаговременное выявление таких изменений, специфичных для каждой патологии, дает хорошие шансы на раннее ее выявление.

Медицинский исследовательский центр «Иммункулус» разработал систему тестов, которые позволяют увидеть иммунный портрет человека. За двадцать с лишним лет научный руководитель центра профессор Александр Полетаев с коллегами выявили около 50 маркерных аутоантител, совокупность которых дает представление о состоянии здоровья. По уровню разных групп аутоантител можно определить изменения в миокарде, нарушения ритма сердца, нарушения в почках, печени, поджелудочной железе, щитовидной железе, в легких, ЦНС и других органах и системах. Преимущество метода, по словам Александра Полетаева, позволяет определить болезнь на самом раннем этапе. К примеру, биохимический анализ крови не покажет начинающийся диабет, пока в организме болезнь не уничтожит большое количество клеток, продуцирующих инсулин (а этот процесс может длиться годами). Иммунные же тесты – покажут. Тестирование иммунной системы беременных женщин позволяет выявить патологии, которые могут серьезно сказаться на здоровье детей, и вовремя начать лечение.

МИЦ «Иммункулус» планирует создание сети центров ранней диагностики, что на самом деле будет означать изменение парадигмы современной медицины. Из лечебной она превратится в профилактическую и далее – прогностическую. Намечен переход от модели «жалоба-диагноз-лечение» к модели «диагностика-прогноз-профилактика».

Открытие такого центра (на базе уже существующего медучреждения) будет стоить примерно 500 тыс. рублей. Ранняя диагностика и меры профилактики, по мнению Александра Полетаева, могут существенно сэкономить как государственные ресурсы, так и деньги страховых компаний. По статистике доля лиц с повышенным риском смерти, нуждающихся в неотложных профилактических и лечебных мерах, составляет 20–25 человек на тысячу жителей. Даже с экономической точки зрения государству гораздо выгоднее инвестировать в предупреждение болезней или их лечение на ранних стадиях, чем оплачивать лечение запущенных патологий.

Инновация «Иммункулуса» опережает аналогичные исследования, ведущиеся, например, в Израиле и США, и опережает существенно, ведь в этих странах они еще не вышли из стадии экспериментальных разработок. При этом ученые продолжают совершенствовать методику. «Делая пятьдесят тестов, мы пока рисуем самый общий иммунный портрет человека. На самом же деле нужно выявить практически все маркерные аутоантитела человека, а их около двух тысяч», – говорит Александр Полетаев.

Как взвесить вирус

В номинации «Технократическая фантазия» победил проект ООО «Академия биосенсоров» «Атомные весы» (производство универсального биохимического анализатора).

Одна из важнейших задач современной медицины – разработка эффективных методик ранней диагностики различных патологий. В настоящее время в клинической диагностике наиболее широкое распространение получили иммуноферментные и радиоиммуноферментные методы, использующие специальные флуоресцентные и радиоактивные метки. Однако эти способы определения веществ имеют целый ряд недостатков, наиболее существенный из которых – необходимость проведения длительного анализа полученных данных. В последние годы основной фокус исследований в этой области постепенно смещается в сторону поиска новых технологий, позволяющих проводить диагностику в режиме реального времени.

Сотрудники молодой московской фирмы «Академия биосенсоров», образованной в 2004 году при поддержке Фонда содействия (руководитель – Иван Бортник), первые в России и одни из первых в мире создали прототип универсального многофакторного анализатора прямого действия. В приборе использованы принципы, заложенные в работу атомно-силовых микроскопов (АСМ).

Микрокантилеверные системы (сверхчувствительные сенсоры АСМ) – твердофазные преобразователи биохимических реакций, протекающих на их поверхности, в аналитический сигнал. Кантилеверные сенсоры позволяют проводить измерения массы микрообъектов до 10 ^–18 г (масса вируса) и измерять силы межмолекулярного взаимодействия в ультратонких биорецепторных пленках. Полезным сигналом при связывании определяемого вещества с рецептором мембраны служит степень ее деформации, которая определяется с помощью прецизионной лазерно-оптической системы.

В разработанном российскими учеными и технологами приборе «Атомные весы» иглы-микрокантилеверы были использованы в качестве зондов-датчиков для получения оперативной информации in vivo о наличии маркеров заболеваний или концентрации лекарственных препаратов в крови человека. В «Атомных весах» успешно реализована принципиально новая схема контроля иммунохимических реакций, позволяющая непосредственно определять акт связывания антигена с антителом. Кантилеверный анализатор прибора позволяет определять одновременно несколько типов биомаркеров.

Ближайшие зарубежные аналоги – продукты фирм Cantion (Дания) – Canti Lab 4, швейцарской Concentris – Cantisens и американской Protiveris – VeriScan 3000. Однако приборы этих компаний в основном ориентированы на решение фундаментальных научных задач (общий биологический анализ молекулярных взаимодействий) и на медицинский рынок пока не вышли. Кроме того, по словам руководителя проекта «Атомные весы» Петра Горелкина, российский прибор стоит почти на порядок дешевле западных аналогов. «В отличие от иностранных коллег, предлагающих в комплекте специальные, очень дорогие кантилеверы, мы используем обычные кремниевые консоли. Разработана простая и удобная система ввода пробы в прибор – через статические насосы либо через микрошприцы», – говорит он. Наконец, еще одно существенное преимущество «Атомных весов» – возможность дистанционного контроля процесса измерения через локальную сеть или интернет, что позволяет использовать прибор в больницах для проведения непрерывной «прикроватной» диагностики пациентов.

Стадию НИОКР «Атомных весов» фирма «Академия биосенсоров» полностью завершила, изготовлен опытный образец прибора и проведены все необходимые тестовые измерения. В ближайших планах российских разработчиков – получение необходимых медицинских сертификатов и выход на серийное производство прибора (один из опытных заводов во Владимирской области уже выразил готовность наладить у себя сборку его механической базы).

В более далекой перспективе исследователи рассчитывают существенно расширить спектр применения своего детища – например, использовать новые модификации «Атомных весов» для контроля жидких и газообразных веществ на производстве и мониторинга окружающей среды (сточных вод и атмосферы).

Дядя, митохондрии и колбаса

Институт биофизики клетки РАН победил в номинации «Лучшая потребительская инновация» с проектом «Экологически чистые биодобавки и технология безнитритной мясопереработки».

Ученые из пущинского Института биофизики клетки РАН придумали, как сделать правильную колбасу. На эту идею натолкнули сетования мясопереработчиков.

«У меня был аспирант, дядя которого работал на одном из мясоперерабатывающих предприятий, – вспоминает доктор биологических наук Николай Векшин. – И он говорил: “Вы там ученые, придумайте, как сделать, чтобы колбаса не портилась”». Колбаса же портилась через несколько дней. Известно, что главную роль в этой порче играет кислород.

Николай Векшин много лет занимался митохондриями. А они – главный потребитель кислорода в живом организме. Вот и задумались. Решение было найдено уже через полгода. На большинстве заводов для защиты переработанных мясных изделий от воздействия кислорода используют нитриты и вакуумирование в упаковках. Упаковка – заслон для внешнего кислорода. Для защиты от внутреннего – нитриты. Они же убивают вредные бактерии и придают изделию свежую яркую окраску. Однако нитриты, хотя вносятся они в колбасы и другие мясные продукты в мизерных количествах, все же потихонечку отравляют наш организм.

Николай Векшин предложил другой метод – изъятие из ткани кислорода с использованием натуральных веществ. В клетках работают митохондрии. Они, потребляя кислород, выделяют углекислый газ и воду. Для того чтобы митохондрии «сожрали» весь клеточный кислород, их нужно активировать. Стимулом для активного жора кислорода становятся ди- и трикарбоновые кислоты. Эти кислоты – природное вещество, безвредное для человека. Но это лишь один компонент, который Векшин предлагает добавлять в мясные изделия. Второй – природные антиоксиданты, которые «убирают» вредные активные формы кислорода. Третий компонент – углекислый газ, который тоже занимается вытеснением кислорода. И четвертый – олигопептидный протектор, которым обрабатывают уже готовые изделия, это природное вещество работает как антибиотик. В итоге фарш вместо пяти дней может храниться двадцать, а колбаса вместо десяти – сорок дней. Вдобавок производитель получает экологически чистый продукт. Добавки стоят примерно столько же, сколько и «химия».

Казалось бы, мясопереработчики должны были заинтересоваться новой технологией. «Они и заинтересовались, – говорит Векшин, – но говорят: “Давайте нам технологию, мы ее проверим, а потом будем договариваться”». Векшин же твердо отвечает: «Нет, давайте сначала подпишем договор, а потом будем раскрывать свои ноу-хау». Он добавляет: «Мы хотели бы создать малое предприятие – производить биодобавки и продавать их. Кроме того, мы бы продавали лицензию и методы контроля качества мясных продуктов, также разработанные нами».

Газоанализатор для пьяного водителя

В номинации «Лучший перспективный проект» победила петербургская компания ООО «Иоффе ЛЕД» с проектом «Иммерсионные свето- и фотодиоды среднего инфракрасного диапазона (длина волны 3–6 мкм)».

Компания «Иоффе ЛЕД» появилась на свет два года назад, когда получила поддержку Фонда Бортника по программе «Старт-2005». Блокирующий пакет принадлежит питерскому Физико-техническому институту имени Иоффе, остальные акции – самим разработчикам, научным работникам лаборатории инфракрасной оптоэлектроники Физтеха. Институт внес в состав нематериальных активов компании один патент, еще два принадлежат одному из сотрудников фирмы – Анатолию Матвееву. Собственно, эти три патента (права на их использование переданы в компанию по лицензионным соглашениям) и составляют ту базу, на которой идет совершенствование новых свето- и фотодиодов.

Проект зародился еще в советские времена – в 80−х годах. Теперь светодиоды серьезно доработаны и светят на два порядка ярче, чем двадцать лет назад. На основе светодиодов «Иоффе-ЛЕД» можно собирать компактные, более чувствительные и быстродействующие газоанализаторы с меньшим энергопотреблением и большим сроком службы, чем приборы на базе другой оптики.

Интерес к частотному диапазону 3–6 мкм возник у разработчиков из-за того, что именно в этой области спектра инфракрасного излучения лежат так называемые фундаментальные полосы поглощения многих газов. По словам директора компании Максима Ременного, по ним легче всего распознать промышленные и многие природные газы.

Наибольшая интенсивность этих полос в среднем диапазоне инфракрасного излучения характерна для метана, окиси и двуокиси углерода, окисей серы и азота – потому новые газоанализаторы на базе инфракрасных диодов заинтересуют в первую очередь энергетиков. Другая перспективная область применения – нефтехимическая отрасль, здесь инфракрасные анализаторы понадобятся, к примеру, для измерения толщины полимерных пленок непосредственно на технологических линиях. Это важно для уменьшения расхода материалов в процессе производства. Газоанализатором заинтересуются гаишники и дорожные экологи. Для первых прибор станет незаменимым подручным средством для выявления пьяных водителей, а вторые смогут точно замерять уровень выхлопов автомобилей и общий уровень загазованности на автострадах.

Стабильный углеродный выдох

Лучший инновационный проект 2007 года – «Неинвазивный тест для диагностики хеликобактерной инфекции». Разработчик – TSD Isotopes.

В 2005 году крошечная бактерия хеликобактер пилори стала знаменитой. Австралийские ученые Барри Маршалл и Робин Уоррен за открытие ее вредоносной деятельности получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Для многих стало неожиданностью, что считавшиеся ранее неинфекционными такие заболевания желудочно-кишечного тракта, как гастрит и язва, в 80% случаев вызваны именно хеликобактером пилори, которая очень любит селиться в нижнем, пилорическом, отделе желудка. Естественно, сегодня у всех гастроэнтерологических больных прежде всего ищут эту бактерию. Ее можно найти разными способами, но все эти методы инвазивны: у человека берут либо кусочек ткани желудка, либо кровь для иммуноферментного анализа для выявления антител. Единственный неинвазивный тест, который был предложен на Западе в 1998 году, – так называемый уреазно-дыхательный тест. Пациент дышит в пробирку. Затем принимает тест-раствор мочевины, помеченной стабильным изотопом – углеродом-13, и через полчаса снова дышит в другую пробирку. Пробирки проверяются методом масс-спектрометрии, результаты сравниваются. Разница в содержании углерода-13 говорит о наличии хеликобактера пилори.

В норме человек выдыхает примерно 99% углерода-12 и 1% углерода-13. Количество последнего может незначительно повышаться в связи с приемом пищи, поэтому перед обследованием пациент 12 часов ничего не ест, а результат теста сравнивается с фоновым показателем. У нас такая диагностика до недавнего времени практически не проводилась. Она может быть довольно дорогой – примерно 1,5 тыс. рублей составляет стоимость только теста. Аналогичный метод, разработанный российскими учеными, имеет свои технологические нюансы и стоит почти в пять раз меньше.

Рассказывает генеральный директор TSD Isotopes Людмила Сакович: «Идея создания такого теста пришла в середине девяностых. Мы вели переговоры с одной компанией из Канады, которая нуждалась в углероде-13 для создания подобных тестов. А нашими учеными из ГНЦ ТРИНИТИ (Троицкий институт инноваций и термоядерных исследований) и Троицкого института спектроскопии была разработана уникальная технология по разделению углерода-12 и углерода-13».

Под возможности сбыта на мировом рынке созданное малое предприятие получило инвестиции от одного из дочерних предприятий «Газпрома». Но пока строили завод в Калининграде, потенциальные покупатели ушли на другие рынки. Встал вопрос, как можно использовать углерод-13. В содружестве с учеными из пущинского Института биофизики микроорганизмов имени Скрябина, Московской медицинской академии, МОНИКИ и Медико-стоматологического университета был создан отечественный уреазно-дыхательный тест. Кроме мочевины, меченной углеродом-13, в состав теста входит лимонная кислота, что позволило снизить содержание изотопа до 30%. Кислая среда воздействует на бактерию хеликобактер пилори, та начинает быстрее разлагать мочевину на аммиак и двуокись углерода, которая и выдыхается. Измеряемая в процессе теста разница концентраций до и после приема тест-раствора выходит на пик на тридцатой минуте. Без кислоты (как в западных тестах) хеликобактер довольно медленно разлагает мочевину, и потому через полчаса значения меченого фактора могут быть ниже.

«Мы полагаем, что в России открывается довольно большой рынок для наших тестов. Тем более что по приказу Минздрава с 2008 года каждое гастроэнтерологическое обследование должно будет сопровождаться диагностикой на наличие хеликобактера пилори», – говорит Людмила Сакович.

Зачем еще один прибор на панели

В номинации «Лучшая промышленная инновация» победил проект вертолетной системы точного висения и обзора (СТВО), представленный ЗАО «Вертолетные системы».

«А зачем мне еще один дополнительный прибор на панели?» – единогласно восклицали инженеры по летным испытаниям нескольких вертолетных заводов, когда мы рассказывали им о телевизионной системе точного обзора и висения вертолета. Большинство вертолетов имеет стеклянный нос с прекрасным обзором вниз. Ориентирование происходит по приборам, а тут еще один появляется! Пилот будет отвлекаться, и никогда в жизни, тем более выполняя висения вблизи препятствия, он туда смотреть не будет! И в самом деле – зачем?

Доктор медицинских наук генерал-майор В. А. Пономаренко отмечает: «Ничто и никогда так психически не истощает летчика, как пространственная дезориентация». Управление гражданской авиации Великобритании изучило 30 отчетов о летных происшествиях, закончившихся падением вертолета в море или столкновением с землей, – в 25 случаях аварии происходили из-за недостатка пространственной ориентации.

Правильно распределить внимание пилота, дать ему максимально полную визуальную информацию и тем самым повысить безопасность полета, по мнению разработчиков СТВО, поможет применение нового способа управления вертолетом. Суть его заключается в применении телевизионной системы, состоящей из телевизионной камеры, вычислителя, телевизионного индикатора и пульта управления. Система обеспечивает телевизионный обзор поверхности под вертолетом, осуществляет телевизионную «привязку» и формирует пилотажную информацию о параметрах висения, в том числе и положение заданного места висения на изображении поверхности под вертолетом. Пилот может отметить на мониторе маркером интересующий его объект и затем в ручном или автоматизированном режиме обеспечивать минимальное отклонение отображаемой на мониторе проекции центра вертолета от маркированного объекта.

По отдельности различные технические решения, предлагаемые в проекте, уже применяются. Например, камеры для обзора установлены на некоторых американских вертолетах. Задача точного и стабильного висения, в том числе с внешней подвеской, эффективно решается на вертолетах российских фирм ОАО «Камов» (Ка-27, Ка-32К), ОАО «Московский вертолетный завод им. М. Л. Миля» (Ми-10К, Ми-26ТМ) и американской Kaman (вертолет-кран K-Max). Автоматизировать режим висения на современных вертолетах позволяют системы, использующие в качестве датчика доплеровский измеритель скоростей (ДИС). Однако ДИС не может непосредственно измерять отклонение от заданной точки, а выполняет эту задачу путем интегрирования информации о скорости перемещения вертолета в пространстве. Несмотря на недостатки этих систем, применяются они повсеместно. Предлагаемая же система обеспечения точного висения и обзора вертолета, по словам авторов проекта, предоставляет пилоту максимальную визуальную информацию и не имеет ограничений, присущих ДИС.

Система в первую очередь ориентирована на основной объем парка отечественных вертолетов Ми-8 и Ми-2, составляющий примерно 6 тыс. машин, эксплуатирующихся более чем в 80 странах. Уже проведены успешные летные испытания экспериментального образца СТВО на вертолетах Ми-26 и Ми-8. По словам пилотов, с применением СТВО значительно повышается точность висения над точкой слежения, эффективность работы вертолета в этом режиме в целом возрастает на 40%.

Разработал проект СТВО коллектив ОАО «Вертолетные системы», в который входят специалисты в области вертолетостроения, навигации и управления летательными аппаратами, телевизионной техники, инерциальных и гравиинерциальных систем. В проекте принимали участие ведущие специалисты Московского вертолетного завода им. М. Л. Миля, Московского научно-исследовательского телевизионного института, МГУ им. М. В. Ломоносова, ЦАГИ им. М. Е. Жуковского, 13−го института МО РФ, РМЦ «Курчатовский институт».

В отличие от большинства российских инноваций проект СТВО имел возможность развиваться за счет использования различных источников финансирования – и государственных, и частных, и иностранных. Среди партнеров и инвесторов компании в разные годы были правительство Москвы, Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, ЗАО «Система-венчур», канадская фирма Canadian Marconi Company, ОАО «НПО “Взлет”». В настоящее время подписано соглашение с ОАО «Казанский вертолетный завод» о сотрудничестве в перспективных проектах, включая создание и внедрение СТВО. Между тем, работая с таким множеством инвесторов, ЗАО «Вертолетные системы» удалось сохранить за собой права на интеллектуальную собственность. Основные научно-технические решения, обеспечивающие конкурентоспособность СТВО, защищены патентами России.

«Подобные системы предлагались, но по разным причинам не внедрялись. Но это ведь действительно удобно, – говорит заместитель главного конструктора ОАО “Камов” Леонид Ширяев. – Только остается вопрос – насколько эффективно удастся авторам проекта осуществить стыковку телевизионной системы с различными типами автопилотов?»

Отдел инноваций, Инновационное бюро «Эксперт»