Живой прибор для чистых рек и озёр

Знали ли вы, что существующему методу анализа степени загрязнения воды органическими веществами уже около ста лет? И что на исследование нужно целых пять дней? Между тем коллектив ученых Тульского государственного университета разработал альтернативу этому старому и, скажем прямо, явно не оперативному способу.

Компактный, быстрый, удобный

Как говорит руководитель группы разработчиков прибора, доцент кафедры химии ТулГУ Вячеслав Арляпов, главная проблема традиционной методики в том, что время, которое уходит на её проведение, может оказаться критичным. Вот, например, слили в реку что-то непонятное, а пока выясняли, что же именно, погибла рыба. Изобретение же ученых университета позволяет выявлять загрязняющие органические вещества в реках, озерах и других водоемах буквально за пять минут. При этом погрешность данных биосенсорного анализатора о степени загрязнения воды органическими соединениями крайне низка.

– Наши анализаторы разработаны с использованием биосенсорных технологий, – поясняет Вячеслав Арляпов. – Это не просто какие-то химические датчики, это сенсор, в котором используются живые организмы – например, микроорганизмы или какие-нибудь выделенные ферменты. Когда вы погружаете прибор в воду, они начинают взаимодействовать с содержащимися там органическими соединениями, и по изменению показателей жизнедеятельности выделенных и охарактеризованных нами специальных микроорганизмов можно рассчитать степень загрязнения воды.

Конструкция биосенсорного анализатора проста и компактна – его легко можно уместить в небольшой кофр. Кроме того, прибор может работать как от сети, так и от аккумуляторов, что позволяет использовать его не только в лабораториях, но и непосредственно у тех водоемов, где необходимо провести анализ, в режиме реального времени.

По словам Вячеслава Алексеевича, в ТулГУ развитием перспективного направления этого вида сенсоров ученые занимаются несколько лет. Последняя модель – результат партнерства с одним из крупнейших российских разработчиков аналитических приборов.

Кстати, анализатор уже представили международному научному сообществу. С 23 по 26 августа в Китайской Народной Республике в рамках Smart China Expo-2021 проходила Молодежная патентная инкубационная выставка «Один пояс, один путь», в работе которой успешно приняли участие и химики опорного вуза.

К настоящему моменту получено уже семь патентов на изобретение и его отдельные компоненты. Аналогов в России тульскому прибору нет, а стоимость европейских или азиатских разработок в разы выше.

Вячеслав Арляпов убежден, что у линейки анализаторов большое будущее – их с успехом могут применять лаборатории промышленных предприятий, компании, специализирующиеся на системах водоочистки, службы санитарно-эпидемиологического надзора и различных учреждений, осуществляющие экологический мониторинг.

Именно поэтому в ТулГУ намерены продолжить развитие этого направления. Сейчас специалисты работают над минимизацией прибора, применяя микроэлектроды и медиаторы – вещества, которые помогают сопрягать живые организмы с электроникой.

Также на помощь ученым приходят нанотехнологии – Вячеслав Алексеевич демонстрирует экран монитора, на котором причудливо извиваются волокна геля, специально разработанного для нового биосенсора. На них видны тоненькие волоски – это запакованные в состав углеродные нанотрубки, которые работают как провода, помогая «соединить» электрод и биологический сигнал микроорганизмов. Новейшая версия анализатора размером не будет превышать спичечного коробка, а его возможности очень широки. Суммарное содержание органических веществ, степень их токсичности, отдельные классы соединений – всё это можно определить в считаные минуты, просто установив тот электрод, который соответствует поставленной задаче.

Стоит отметить, работы по этому проекту идут в рамках участия ТулГУ в программе «Приоритет-2030», стартовавшей в 2021 году в рамках нацпроекта «Наука и университеты». По словам Вячеслава Арляпова, это позволило существенно расширить возможности ученых.

– Правительство Тульской области оказывает нам огромную поддержку, – сказал он. – В частности, разработка биосенсорного анализатора частично финансировалась на средства регионального гранта – нам было выделено сто тысяч рублей.

Регион Большой науки

Действительно, в этом году, объявленном Президентом РФ Годом науки и технологий, внимание перспективным научным разработкам, исследованиям и технологиям усилилось в разы. Необходимость всерьез развивать и уделять самое пристальное внимание этому направлению подчеркивал в своем послании губернатор Тульской области Алексей Дюмин.

– Инновационное развитие сосредоточено в трёх направлениях: науке, кадрах и технологиях. Ключевая задача – максимально связать учебные планы университетов с современной наукой и индустриальными партнёрами, – отмечал он. – В этой ситуации существенно возрастает роль университетов. Они должны стать платформой для научных разработок, площадкой для их апробации, внедрения и коммерциализации… Нужно вывести на новый уровень престижность тульского образования. Тульская область должна стать регионом Большой науки. Эта задача созвучна Году науки и технологий, объявленному Владимиром Владимировичем Путиным.

В соответствии с поставленной целью в области развернута многовекторная программа поддержки и продвижения перспективных разработок и технологий.

Так, заметно расширено участие региона в различных конференциях, конкурсах, всероссийских акциях, открытых лекториях, фестивалях, форумах, бранчах, хакатонах и прочих профильных мероприятиях. В январе 2021 года председатель правительства Михаил Мишустин подписал постановление о создании в Тульской области Инновационного научно-технологического центра «Композитная долина». Научно-образовательный центр мирового уровня «ТулаТЕХ» объединил на своей базе десять ведущих российских вузов и тринадцать промышленных предприятий. Оба проекта реализуются под личным контролем губернатора Алексея Дюмина.

В регионе на постоянной основе действуют меры поддержки в виде премий и грантов в сфере науки и техники. Награды присуждают в соответствии с задачами нацпроекта «Наука» и Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации. Так, ежегодно вручаются премии имени Б. С. Стечкина (за значительный вклад в развитие естественных и технических наук, за разработку и внедрение технологий, техники и материалов); К. Д. Ушинского (за значительный вклад в развитие гуманитарных наук) и Е. Н. Сабинина (за значительный вклад в разработку и внедрение в производство высокотехнологичной продукции гражданского и двойного назначения).

Ученые могут рассчитывать на заметную грантовую поддержку. Так, например, региональное правительство готово поддержать разработки и исследования в области композитных материалов, научно-исследовательские проекты в сфере естественных, технических, а с этого года еще и гуманитарных и общественных наук, разработки и исследования по направлениям деятельности НОЦ «ТулаТЕХ».

Изобретение ученых ТулГУ получило областной грант как раз потому, что полностью соответствует требованиям по инновационности, перспективности и актуальности.

– Тульское правительство активно занимается популяризацией достижений местных ученых в области разработки технологий по защите окружающей среды, – рассказал председатель комитета Тульской области по науке и инноватике Антон ЕМЕЛЬЯНЕНКО. – Одно из ключевых направлений научно-образовательного центра мирового уровня «ТулаТЕХ» – экобиотехнологии. И в рамках этого направления объединили свои усилия предприятия и университеты региона, которые разрабатывают инновационные предложения по улучшению экологической обстановки в области. Эти разработки связаны со снижением эмиссии и ликвидации накопленного экологического ущерба, технологий экологического мониторинга и обязательно будут применяться в промышленности. Работа идет очень активная, и в её рамках молодые ученые могут получить поддержку на свои иссле- дования.

Как добавил Антон Емельяненко, по инициативе губернатора сумма грантовой поддержки за последние пять лет выросла в пять раз – до 15 миллионов рублей.

– В этом году мы провели заявочную кампанию и получили 200 заявок, что на 55 заявок больше, чем в прошлом году, – сказал он. – Максимальный размер гранта, который может получить ученый, составляет миллион рублей.