Криогель и борьба со стрессом: интересные разработки ученых из Приморья

В 2018-м ученые Дальневосточного отделения РАН разработали способ получения макропористых криогелей, а также метод визуальной навигации автономного подводного робота. Эти научные результаты признаны одними из важнейших в прошлом году. Специалисты рассказали «Приморской газете» о своих открытиях. 

В Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН разрабатывается метод визуальной навигации автономного подводного робота (АПР) и трехмерной реконструкции объектов подводной обстановки с использованием стереокамеры. Под водой автономные аппараты выполняют разные задачи, например, «мониторят» трубопроводные и кабельные линии, картографируют поверхность дна или проводят научные исследования. Чтобы робот справился с поставленной целью, ему необходимо «знать», где он находится, поскольку спутниковая навигация под водой не работает. 
— Благодаря нашей разработке робот, находясь на дне, может проанализировать свое местоположение. В этом ему помогает стереокамера: она позволяет из пары снимков получать некое трехмерное облако точек. Сопоставив их, мы можем получить реконструкцию дна, а также выстроить траекторию движения робота. Конечно, может быть погрешность, но если робот пересекает уже пройденный ранее маршрут, то мы можем частично нивелировать эту неточность, — рассказал кандидат технических наук, научный сотрудник ИПАУ ДВО РАН Алексей Кудряшов.

А в Институте химии ДВО РАН в прошлом году разработали способ получения супермакропористых криогелей. Они помогают эффективно очищать воду. Как пояснила заведующая лабораторией сорбционных процессов Института химии ДВО РАН, член-корреспондент РАН Светлана Братская, несмотря на то, что Россия занимает второе место в мире по запасам пресной воды, только 1% воды пригоден к питьевому употреблению без очистки. Традиционные технологии водоподготовки не справляются с новыми классами поллютантов (загрязняющие вещества, — «ПГ») — агрохимикатами, антибиотиками и другими фармпрепаратами, попадающими в окружающую среду в результате интенсивной деятельности человека. Такие поллютанты сейчас обнаруживаются в питьевой воде центрального водоснабжения даже в развитых странах и представляют серьезную опасность для здоровья населения.

Читайте также:
Жителей Приморья приглашают проверить научную грамотность

— Наиболее простой и эффективный способ очистки воды как на крупных водоочистных станциях, так и в быту основан на применении сорбентов — материалов, способных поглощать различные загрязняющие вещества. Институт химии ДВО РАН много лет занимается разработкой сорбентов для водоочистных технологий, — отметила Светлана Братская. 

Сейчас ученые разрабатывают новый способ создания сорбционных фильтров по принципу LEGO, когда в одном фильтре объединяется несколько сорбентов, каждый из которых эффективен по отношению к определенному типу трудноудаляемых поллютантов. В зависимости от состава воды в каждом конкретном регионе LEGO-блоки могут меняться, обеспечивая «персонифицированную» очистку воды именно от тех загрязнений, с которыми плохо справляются водоочистные станции.

— В основе нашего подхода лежит метод синтеза высокопористой полимерной матрицы — криогеля. Мы следуем принципам «зеленой химии», используем только водорастворимые природные или нетоксичные синтетические полимеры, в том числе хитозан. Вода, а точнее кристаллы льда, также помогает нам сформировать поры в полимерной матрице, необходимые для обеспечения высокой скорости потока очищаемой воды через фильтр. Получаемые пористые сорбенты, во-первых, сами по себе эффективны для извлечения многих загрязнений, а, во-вторых, легко могут быть модифицированы с получением композитных материалов, обладающих уже принципиально новыми сорбционными характеристиками. С использованием этого принципа мы уже разработали сорбенты для извлечения из воды наиболее распространенных антибиотиков, ионов тяжелых металлов, радионуклидов цезия, — рассказала Светлана Братская. 

Важные открытия продолжают совершать и ученые Федерального научного центра биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН. Они совместно с тайваньскими коллегами разрабатывают новое направление в биоинженерии растений, которое называется «перестройка эпигенетического ландшафта». Дело в том, что серьезной угрозой для урожайности сельскохозяйственных культур во всем мире является абиотический стресс, вызванный экстремальными температурами, недостатком воды либо подтоплением растений. Новое направление поможет справиться с угрозами. 

— Ключевыми системами защиты растений от стрессов является сигнальные системы ABA и белков теплового шока HSP/шаперонов. В мировой науке эти системы изучались отдельно. Совместно с тайваньскими коллегами из Института биологии растений Национального университета Тайваня (Institute of Plant Biology, National Taiwan University) мы попытались понять, как эти системы работают в природе скоординировано, — поделился руководитель лаборатории биоинженерии и заведующий отделом биотехнологии Федерального научного центра биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии, член-корреспондент РАН Виктор Булгаков. — Мы установили, что центральным звеном, объединяющим обе системы, являются так называемые белки ремоделирования хроматина. Эти белки известны как «генераторы памяти» живых организмов к предыдущим стрессовым воздействиям. Память о прежних воздействиях помогает растениям настроить защитные функции в зависимости от текущей ситуации. Будет основано новое направление в сельскохозяйственной биотехнологии, которые мы назвали «Биоинженерия памяти» («bioengineering memory»). 

Отметим, биолог из Приморья стал лауреатом премии президента России в области науки и инноваций для молодых ученых за 2018 год. Старший научный сотрудник Национального научного центра морской биологии Дальневосточного отделения РАН Вячеслав Дячук открыл новые механизмы развития нервных систем беспозвоночных и позвоночных животных. Размер премии составляет 2,5 млн рублей. Вручение состоится в День российской науки, 8 февраля, в Кремле.