Слайдинг, двумерный бор и молекулярное кино

Редакция STRF.ru выясняет у представителей российского сектора исследований и разработок, каким был год с точки зрения успехов. Мы попросили ряд учёных, нередко высказывавшихся на страницах нашего издания, рассказать о наиболее значимых результатах, достигнутых ими и их научными коллективами в 2015 году.

Руслан Валиев, руководитель Лаборатории механики перспективных массивных наноматериалов для инновационных инженерных приложений СПбГУ, созданной при поддержке Правительства Российской Федерации (Постановление № 220), директор Института физики перспективных материалов, заведующий кафедрой нанотехнологий УГАТУ, доктор физико-математических наук, профессор, член Европейской академии наук, член Совета по науке при Минобрнауки России:

– В этом году совместная работа наших коллективов позволила найти решение так называемого парадокса прочности и электропроводности алюминиевых и медных сплавов, широко применяющихся в электротехнике. Суть его в том, что при увеличении механической прочности материалов разными способами, в основном связанными с легированием, добавлением каких-то химических элементов, как правило, ухудшается электропроводность. Между тем современные требования к свойствам материалов, которые используются в качестве проводников в электротехнике, линиях электропередач, машинах, самолётах, повышаются.

Мы предложили новый способ наноструктурирования металлов и сплавов методами интенсивной пластической деформации, который позволяет заранее определить и задать тип наноструктур для достижения одновременно высокой прочности и электропроводности.

Результаты исследований недавно опубликованы в Journal of Materials Science.

Артём Оганов, профессор Сколтеха, руководитель Лаборатории компьютерного дизайна материалов МФТИ, профессор в Stony Brook University:

– В этом году мы добились нескольких важнейших результатов – в том числе методологических. Так, нашим коллабораторам впервые удалось синтезировать двумерный монослой бора, который оказался металлом с уникальными свойствами. Его структура была определена нами с помощью наших теоретических методов и подтвердилась экспериментальными результатами.

Мы впервые построили детальную картину того, что будет происходить с веществом мантии Земли и подобных ей планет при сверхвысоких давлениях. Это важно для понимания вещества экзопланет, находящихся за пределами Солнечной системы. Мы предсказали существование в их недрах целого ряда неожиданных оксидов магния и кремния, и силикатов магния – основного вещества в планетах земного типа.

И наконец, в развитие нашего метода USPEX мы создали новый метод, который назвали «Менделеевским поиском». Применяя его, можно прощупывать всё пространство возможных химических составов в поисках оптимального материала. Иначе говоря,

с помощью нашего алгоритма компьютер может исследовать бесконечное число вариантов за конечное и относительно небольшое время, и находить материал с наилучшими возможными свойствами.

Наталья Иванова, первый заместитель директора Института мировой экономики и международных отношений имени Е.М. Примакова РАН, доктор экономических наук, профессор, академик РАН:

– Наши результаты, как и для любого академического института, – это публикация статей и монографий, организация крупных всероссийских и международных конференций, выступления ведущих учёных на значимых научных мероприятиях и внутри страны, и за рубежом, а также активная аналитическая работа с органами государственной власти, преподавательская деятельность, общение с прессой. Все это у нас есть. Мы считаем эти результаты хорошими – они широко востребованы и работают на будущее.

В этом году, несмотря на осложнение российско-американских отношений, мы завершили важный проект и представили общественности совместный прогноз ИМЭМО и Центра стратегического прогнозирования Атлантического Совета США. Это анализ глобальных тенденций до 2035 года «Миропорядок на краю пропасти: пути к новой нормальности». Современный парадокс заключается в том, что «великий беспорядок», нарастающий в международной системе, возник в условиях углубления глобальной экономической взаимозависимости, а все ведущие игроки гипотетически осознают необходимость борьбы с международным терроризмом, противодействия распространению ядерного оружия, изменению климата и совместного реагирования на другие глобальные проблемы.

Виктор Елистратов, директор НОЦ ВИЭ СПбПУ, руководитель проекта «Разработка методов и интеллектуальных технологий автономного энергоснабжения на основе традиционных и возобновляемых источников энергии для суровых климатических условий», выполняемого при поддержке ФЦП «Исследования и разработки» 2014–2020, доктор технических наук, профессор:

– В этом году мы разработали и внедрили в программный комплекс методику прогноза поступления ветроэнергетических ресурсов в условиях ограниченной климатической информации для конкретного места размещения энергокомплекса (ЭК). Она основана на трёхуровневом подходе, сочетающем в себе преимущества микро-, мезо- и крупномасштабного моделирования. Также был создан уникальный экспериментальный стенд для проведения исследований энергетических элементов и имитации отдельных режимов ЭК, отработки элементов интеллектуальной САУ, обеспечивающей высокий уровень замещения органического топлива. Некоторые результаты нашей работы использованы при строительстве ветродизельной электростанции в посёлке Амдерма Ненецкого автономного округа.

Сергей Дмитриев, старший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ, председатель Совета молодых учёных МГУ, кандидат биологических наук:

– Уходящий год запомнится мне нашей работой о механизме выбора стартовой точки при биосинтезе белка (результаты исследования в ближайшие дни будут опубликованы в авторитетном журнале Nucleic Acids Research). В клетке белок синтезирует специальная молекулярная машина – рибосома. Она «переводит» (транслирует) последовательность нуклеотидов с матричной РНК в последовательность аминокислот в белке. Очень важно, чтобы рибосома правильно распознала, с какого места ей начинать чтение. Для этого она движется по мРНК и «ищет» (сканирует) подходящую тройку нуклеотидов – AUG-кодон.

До сих пор считалось, что если рибосома его нашла и узнала, это гарантированно приведёт к тому, что синтез белка начнётся именно с этого кодона. Мы же с коллегами из НИИ ФХБ МГУ показали, что выбор осуществляется на следующем этапе, когда происходит гидролиз молекулы гуанозинтрифосфата. Если гидролиз происходит с опозданием, то рибосома «съезжает» с узнанного AUG-кодона и отправляется искать следующий. Мы назвали это явление «слайдингом» (от англ. sliding – соскальзывание).

Александр Печень, ведущий научный сотрудник, учёного секретарь Математического института имени В.А. Стеклова (МИАН) Российской академии наук, доктор физико-математических наук:

– Отмечу результат из близкой мне области теории квантовой информации, полученный сотрудником МИАН, заведующим отделом теории вероятностей и математической статистики Александром Семеновичем Холево в соавторстве с европейскими коллегами Витторио Джованетти (Vittorio Giovannetti) и Раулем Гарсиа-Патроном (Raúl García-Patrón). Ими было найдено решение чрезвычайно важной, возникшей в квантовой теории информации более 15 лет назад, проблемы гауссовских максимизаторов. С использованием методов некоммутативной теории вероятностей показано, что выпуклый функционал общего вида, включая такие важные примеры, как энтропию фон Неймана и энтропию Реньи, заданный на области значений бозонного гауссовского канала, достигает глобального экстремума на образе когерентных состояний. Более того, показано, что когерентные состояния характеризуются этим свойством. Этот фундаментальный математический результат имеет также важное значение для приложений в квантовой информатике. Он, например, позволяет определить пропускную способность и описать оптимальные методы кодирования для каналов связи, используемых в квантовой оптике.

Валентин Анаников, руководитель Лаборатории металлокомплексных и наноразмерных катализаторов Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН (ИОХ РАН), доктор химических наук, профессор, член-корреспондент РАН:

– Молекулы были и остаются наименее понятной областью современной науки. Несмотря на колоссальный прогресс в исследовательском оборудовании, до сих пор нет прямого и однозначного метода наблюдения за химическими реакциями.

Наиболее впечатляющие результаты 2015 года касаются работ по созданию методов съёмки «молекулярного кино». Они важны для ответа на вопрос: какой жизнью живут молекулы и как проходят химические реакции? В нашей лаборатории был разработан метод томографической визуализации химических процессов на наноразмерном уровне. С использованием специального контрастного вещества всего за несколько минут можно найти тысячи реакционных центров с помощью стандартного микроскопического оборудования. Медицинское применение томографии, включая использование контрастных реагентов для повышения точности и упрощения наблюдений, является хорошо известным и надежным диагностическим инструментом. Новые исследования открывают перспективы применения томографии для проведения диагностики на наноразмерном уровне; в практическом плане это даст целый ряд новых материалов и технологий.

Ирина Алексеенко, научный сотрудник Лаборатории структуры и функций генов человека Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН), кандидат биологических наук:

– В 2015 году мы закончили основную часть доклинических испытаний генно-терапевтического противоопухолевого препарата «АнтионкоРАН-М». «АнтионкоРАН-М» – это плазмидная ДНК, которая содержит ген-убийцу HSVtk и ген цитокина GM-CSF. Для доставки в опухоль ДНК помещена в специально разработанную поликатионную оболочку. У животных, получавших препарат, показано увеличение продолжительности жизни на 20–86%, торможение роста опухоли – на 75–83%, торможение метастазирования – на 80–85% в зависимости от типа опухоли. При успешном прохождении клинических испытаний АнтионкоРАН-М может стать новым инструментом в борьбе с опухолями головы и шеи, что позволит лечить пациентов, которые сегодня считаются безнадёжными.

"Наука и технологии РФ", 28.12. 2015 г.