На заседании Учёного совета 23 апреля заместитель руководителя по коммерциализации научных разработок Научного медицинского центра СГУ, заведующая кафедрой физиологии человека и животных О.В. Семячкина-Глушковская и профессор кафедры нелинейной физики, ведущий научный сотрудник лаборатории «Метаматериалов» М.А. Морозова презентовали результаты первого года реализации проектов, поддержанных грантами РНФ на проведение исследований научными лабораториями мирового уровня.
Результатами реализации проекта «Пилотная технология фотомодуляции иммунной системы мозга животных и человека: инновационные стратегии в терапии болезни Альцгеймера» поделилась его руководитель О.В. Семячкина-Глушковская.
О.В. Семячкина-Глушковская рассказала о разработках лаборатории «Умного сна». Здесь учёные решают задачу стимуляции защитных механизмов центральной нервной системы во время сна. Исследования проводятся с помощью мультифотонного микроскопа – единственного в России в такой технологической сборке.
Во время сна в мозге естественным образом активируются процессы выведения токсичных метаболитов, которые могут приводить к повреждению нейронов. За одну бессонную ночь в мозге накапливается 5% токсичного белка бета-амилоида, который при патологическом накоплении может вызывать деменцию. Оксана Валерьевна обратила внимание, что когнитивные нарушения может вызывать не только недостаток сна, но и COVID-19.
Для решения этой проблемы учёные разработали «умную» шапочку, которая помогает выводить токсины из мозга во время сна. Через вшитые в устройство световоды подаётся стимулирующий сигнал на лимфатические сосуды-пылесосы, очищающие ткани мозга от метаболитов. Предполагается, что шапочка будет работать от «умных» часов или браслетов и запускаться с помощью телефона.
«Получение гранта РНФ, на мой взгляд, – это уникальная возможность для нашего коллектива. Мы можем за очень короткий срок довести идею до реальной технологии, которая выйдет на медицинский рынок и будет использоваться в клинической практике», – отметила Оксана Валерьевна.
Учёные уже проделали большую доклиническую работу на грызунах. Сейчас технология проходит технические и токсикологические испытания. Затем разработка выйдет на пилотные клинические исследования. В следующем году будет получена лицензия, дающая статус медицинского прибора для «умной шапочки», после чего она попадёт на рынок медицинского оборудования.
Лаборатория «Умного сна» создана в 2019 году на биологическом факультете. В этом году она отмечает юбилей. За пять лет учёные получили более 14 различных грантов, в том числе несколько хоздоговоров. Результаты исследований публикуются в престижных научных журналах уровня Q1, Q2. Сейчас в лаборатории работают более двадцати молодых учёных.
Ещё одно направление работы лаборатории – разработка технологий выведения крови из головного мозга. Учёные проводят исследования совместно с коллегами из Китая.
Ежегодно учёные проводят Международную летнюю школу «Нейросон как комплексная система». В этом году школа пройдёт в Санкт-Петербурге.
Результаты проекта «Наноразмерные многофункциональные устройства магнонной логики и резервуарных вычислений на спиновых волнах в периодических магнитных гетероструктурах» презентовала его руководитель М.А. Морозова.
Учёные этой лаборатории разрабатывают принципиально новые технологии обработки информации. Проект направлен на решение научной проблемы, связанной с созданием новой элементной базы на принципах магноники, заключающихся в использовании спиновых волн или магнонов вместо электронов в качестве носителей информации.
Цель проекта состоит в разработке спин-волновых устройств нанометрового масштаба на принципах магноники в микроволновом диапазоне, позволяющих осуществлять многофункциональную обработку данных, машинное обучение и искусственный интеллект.
Магноника – активно развивающаяся отрасль электроники, которая использует для передачи, хранения и обработки информации вместо электронов спиновые волны – квантовые возбуждения, распространяющиеся на большие расстояния без потери энергии. В отличие от движения электронов, спиновые волны не нагревают приборы и не дают технике быстро выходить из строя. Современная полупроводниковая электроника имеет существенные ограничения: относительно низкую скорость обработки информации, высокое энергопотребление и тепловое излучение. Приборы с магнонной элементной базой в основе могут преодолеть эти ограничения. Магнонные устройства найдут применение во всех областях человеческой деятельности: от быта до космической промышленности.
Однако перед учёными сегодня стоит задача выбора оптимальной среды распространения спиновых волн. Учёные СГУ предложили такой волновод – наноразмерные периодические магнитные гетероструктуры из плёнок на основе железо-иттриевого граната. Устройства на основе этих структур будут отличаться низким энергопотреблением и тепловыделением, а также будут совместимы с полупроводниковой электроникой.
Открытые учёными принципы распространения спиновых волн в разработанных гетероструктурах могут быть положены в основу работы спин-волновых устройств, реализующих функции магнонной логики, мультиплексирования и демультиплексирования сигнала, нелинейного направленного ответвления, генерации непрерывного СВЧ-сигнала и ультракоротких импульсов.
Исследования проводятся с помощью уникальной установки мандельштам-бриллюэновской спектроскопии. Она позволяет учёным наблюдать спинные волны в плоскости магнитной плёнки. Коллектив также использует большой набор контрольно-измерительной техники, позволяющий проводить радиостатистические измерения параметров устройств во всём сантиметровом диапазоне длин волн: анализаторы цепей, анализаторы спектра, осциллографы. DC- и СВЧ-измерения электрических параметров устройств на основе наноплёнок проводятся с помощью зондовой контрольно-измерительной станции.
По итогам первого года реализации проекта учёные опубликовали 18 статей в изданиях, индексируемых в библиографических базах данных Web of Science и Scopus, получили два патента на изобретение и одно свидетельство о регистрации программы.
Напомним, впервые в 2023 году две лаборатории мирового уровня СГУ получили поддержку в рамках конкурса РНФ по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учёными, в том числе молодыми учёными. Объём финансирования фондом проектов Саратовского университета составил 30 миллионов рублей для каждой лаборатории. Грант РНФ выделяется на проведение научных исследований в 2023–2026 годах с последующим возможным продлением срока проекта.
Обе лаборатории функционируют в рамках стратегических проектов программы «Приоритет 2030»: «Технологии персонализированной медицины» (лаборатория «Умного сна») и «ИКТ-электроника» (лаборатория «Магнитные метаматериалы»).
