Оперативное взвешивание чрезвычайно малых органических частиц может не только поднять на новый уровень «прикроватную» диагностику, но и решить такие проблемы, как своевременное определение утечки газа или чистоты питьевой воды
Рисунок: Константин Батынков
В начале 2002 года Игорю Яминскому, профессору кафедры физики полимеров и кристаллов физического факультета МГУ и, по совместительству, кафедры высокомолекулярных полимеров химического факультета, пришла в голову интересная идея — создать Объединенную группу зондовой микроскопии химфака и физфака.
Объявления о наборе в новую группу учащейся молодежи были развешены в учебных корпусах обоих факультетов, однако, к большому удивлению профессора, на призыв никто не откликнулся. По прошествии некоторого времени он сделал вторую рекламную попытку — результат снова оказался нулевым.
В беседе с корреспондентом «Эксперта» Игорь Яминский так описал дальнейшее развитие событий: «Честно говоря, я был просто поражен индифферентностью студентов: мне-то по наивности казалось, что зондовая микроскопия — очень перспективное и хорошее направление! Да что там говорить, повтори я этот эксперимент сейчас, уверен, урожай желающих был бы обильным. Однако всего шесть лет назад тема зондовой микроскопии и нанотехнологий звучала намного слабее… В общем, после такого двойного прокола мы с моими коллегами наконец осознали, что в нашей рекламной кампании надо что-то срочно менять. И, сделав необходимую поправку на тогдашние веяния времени, в последней версии мы написали, что ищем студентов для разработки нанотехнологической интернет-аппаратуры. Суть предложения от этой поправки не сильно изменилась, потому что наши приборы действительно объединяются в единую сеть — ими можно управлять с любого удаленного компьютера. В частности, эта схема была реализована и в специальном студенческом практикуме — при знакомстве с азами функционирования зондовых микроскопов студенты могли выполнять всю работу и проводить измерения с удаленных компьютеров. Поэтому формально, забросив для третьей попытки “интернет-удочку”, мы отнюдь не пытались никого обмануть».
Новый рекламный ход сработал на ура: объединенная группа была наконец создана. Спустя два года, в 2004−м, порядочно поднатаскав молодых адептов зондовой микроскопии с интернет-уклоном, профессор Яминский придумал заковыристую задачку, которая, как он полагал, надолго займет их пытливые умы. Задачка была такая: сделать на основе атомно-силового микроскопа (АСМ) измерительные нановесы для того, чтобы взвесить на них бактериальную клетку (средняя масса бактериальной клетки порядка 10–14 г).
С момента постановки задачи прошло всего чуть больше месяца, когда к научному руководителю пришел студент второго курса физфака Глеб Киселев. Профессор Яминский в очередной раз испытал сильные эмоции, правда, теперь уже положительного свойства: «Должен честно признаться, лишь тогда я понял, что эту идею действительно можно успешно реализовать на практике. Глеб Киселев во всех деталях показал мне, как ему удалось взвесить бактерию, как он приклеивал маленькие полистирольные шарики массой девять нанограммов и диаметром десять микронов, для того чтобы откалибровать весы, как закреплял эти шарики один за другим и отмечал изменения резонансной частоты кантилевера (сверхчувствительного сенсора атомно-силового микроскопа) и так далее. По сути, он получил настоящий работающий прибор! А еще через некоторое время Глеб пошел и освоил токарный фрезерный станок и сам выточил основную сердцевину для жидкостной камеры биосенсора. Огромный талант! Сейчас Глеб уже кандидат физико-математических наук — он закончил аспирантуру за два года вместо трех».
В том же 2004 году глава Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (МФПНТС) Иван Бортник объявил о запуске специальной программы «Старт», конкурса инновационных проектов. Узнав о конкурсе, подопечные профессора Яминского решили принять в нем активное участие — свои оригинальные идеи перед авторитетным жюри отправились защищать сразу четыре его команды. Получилось так, что старшие, аспирантские, команды этот отбор не прошли, а студенческий проект Глеба Киселева, представившего свою идею «атомных весов», получил единодушную поддержку профессионалов-экспертов. Помимо Глеба в презентации участвовали еще двое студентов, один из которых, студент химфака МГУ Петр Горелкин, пришедший в Объединенную группу профессора Яминского годом позже Киселева, в дальнейшем стал его ближайшим помощником и подельником на инновационной ниве.
Академия биосенсоров
Одобрив идею, эксперты фонда вместе с тем выдвинули жесткое условие: для получения дальнейшего финансирования Киселеву и Ко необходимо создать новое предприятие. Здесь нужно сделать небольшое отступление, чтобы прояснить важнейшую роль в описываемой истории Игоря Яминского.
Дело в том, что, помимо того что он ведет двойную научную жизнь (работа на физфаке и химфаке МГУ), профессор Яминский — один из старейших частных предпринимателей России в научно-технологической сфере. 12 сентября 1990 года, всего через месяц после принятия закона о малых предприятиях, в Центральном административном округе Москвы им была официально зарегистрирована фирма «Центр перспективных технологий», однопрофильное предприятие, основной задачей которого стала разработка и создание приборов и методов сканирующей зондовой микроскопии. В том же году на предприятии была произведена первая продукция — сканирующий туннельный микроскоп «Скан», а с 1993 года начата разработка новой серии атомно-силовых и туннельных микроскопов «ФемтоСкан» (первый такой микроскоп заработал спустя четыре года). В 2002 году продукция центра победила в конкурсе международных проектов INTAS в области нанотехнологий, а программное обеспечение «ФемтоСкан» сегодня считается одним из лучших в мире в своей области и работает в университетах и научных центрах России, США, Великобритании, Германии, Франции, Японии, Южной Кореи, Финляндии и т. д.
Директор ООО «Академия биосенсоров» Глеб Киселев
Фото: Олег Сердечников
После победы проекта своего молодого ученика на конкурсе, объявленном фондом Бортника, Игорь Яминский пришел к выводу, что под его развитие нужно выделять отдельное научно-производственное направление — биосенсорное. В 2005 году с его благословления была создана новая фирма, сертифицированная в качестве инновационного предприятия. Генеральным директором назначили студента Глеба Киселева.
«Старший инвестор», как называют самого Игоря Яминского и его центр молодые инноваторы, придумал для новой фирмы эффектное название — ООО «Академия биосенсоров». Уточнить, что именно имел в виду профессор Яминский, заранее записав своих учеников в «академики», нам так и не удалось, сам же Глеб Киселев честно признался, что не был в восторге от такой яркой вывески на дверях своего детища, однако спорить с научным руководителем не стал.
На первом этапе Фондом содействия МФПНТС под проект было выделено 750 тыс. рублей, а уже со второго этапа заработала схема паритетного финансирования: половину от общей суммы в 3 млн рублей Академия биосенсоров получила от фонда, а еще 1,5 млн вложил в дело «старший инвестор», Центр перспективных технологий.
Благодаря этим средствам Киселев и Горелкин постепенно довели до ума базовую модификацию своего прибора: Глеб был главным теоретиком и креативщиком, а Петр — основным экспериментатором-испытателем. В итоге Академии биосенсоров удалось впервые в России создать прототип прецизионного кантилеверного анализатора — прибор «Атомные весы».
Микрокантилеверные системы — 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. Иными словами, они совмещают в себе функции биологического и химического наносенсоров. Полезным сигналом при связывании определяемого вещества с рецептором мембраны является степень ее деформации, которая определяется с помощью прецизионной лазерно-оптической системы.
Важно отметить, что кантилеверный анализатор имеет особый энергетический фильтр, благодаря которому он способен отличать специфические молекулы анализируемого вещества от неспецифических, прореагировавших с его рецептором, причем может определять сразу несколько типов биомаркеров.
Сама идея создания прибора для регистрации сверхмалых количеств вещества в газах и жидкостях на базе технологий зондовой микроскопии появилась на свет еще в 90−х годах прошлого века — на родине АСМ (а также его предшественника — сканирующего туннельного микроскопа, СТМ), в Швейцарии, в лаборатории цюрихского подразделения корпорации IBM. К настоящему времени за рубежом уже создан ряд нанотехнологических сенсоров-анализаторов, которые используются в качестве жидкостных хроматографов, газовых анализаторов и биосенсоров. Ближайший аналог разработанного Академией биосенсоров устройства — прибор Cantisens, производимый швейцарской фирмой Concentris. Отдельного упоминания заслуживает также продукция датской компании Cantion — Canti Lab 4 (правда, Cantion самих комплексных приборов не выпускает, а делает только кантилеверы-анализаторы). Других потенциальных конкурентов у российского анализатора, как это ни странно, сегодня за рубежом нет (еще одна фирма, американская Protiveris, производившая прибор VeriScan 3000, недавно тихо почила в бозе).
Директор ООО «НПП “Центр перспективных технологий”» профессор Игорь Яминский
Фото: Олег Сердечников
При этом и Cantisens, и Canti Lab 4, в отличие от прибора российских разработчиков, пока в основном ориентированы на решение фундаментальных научных задач и предназначаются сугубо для научно-исследовательских лабораторий, а не для массового производства. К тому же «Атомные весы» существенно дешевле зарубежных аналогов: тот же швейцарский Cantisens продается на рынке за 250 тыс. евро, тогда как текущая цена прибора российских производителей — всего 750 тыс. рублей (около 20 тыс. евро). Комментируя такой ценовой разброс, Петр Горелкин пояснил, что «в отличие от наших иностранных коллег, предлагающих в комплекте специальные, очень дорогие кантилеверы, мы используем обычные кремниевые консоли, также нами разработана намного более простая и удобная система ввода пробы в прибор — либо через статические насосы, либо через микрошприцы». Еще одно существенное преимущество «Атомных весов» — возможность дистанционного контроля процесса измерения через локальную сеть или интернет. У Concentris пока нет программных протоколов, которые позволяли бы осуществлять удаленный контроль, тогда как Академия биосенсоров совместно со «старшим инвестором» разработали очень оригинальное программное обеспечение, своего рода упрощенный вариант софта, используемого в атомно-силовой микроскопии.
«Прикроватная» диагностика
Киселев и Горелкин провели на «Атомных весах» большую серию тестовых экспериментов по распознаванию различных веществ. В частности, на базе прибора были созданы высокоточные анализаторы ионов тяжелых металлов, пахучих органических тиолов, пероксидазы хрена и морфина.
«В принципе наш прибор может быть специально настроен под определение практически любого химического вещества: тот же иммуноферментный анализ, активно применяемый нами, работает для определения буквально миллиона различных веществ, — подчеркивает Глеб Киселев. — И наш детектор может работать со всей “химией”, которая используется в других методах. По сути, прибор в этом смысле практически универсален».
Применения таким анализаторам можно найти самые разные. Как отметил Игорь Яминский, «можно делать химические сенсоры на производствах, оперативно определять в квартирах утечку газа, можно с их помощью производить раннее обнаружение первых симптомов ядовитых химических веществ в общественных местах и на транспорте: в аэропортах, самолетах, поездах и так далее. Наконец, они отлично приспособлены для определения чистоты питьевой воды или степени ее загрязненности различными реагентами». Однако наиболее перспективным и важным направлением, по его словам, может и должно стать медицинское. Именно на разработке биосенсоров, точнее на препаратной диагностике, и сосредоточили свое внимание Киселев и Горелкин.
Директор по науке ООО «Академия биосенсоров» Петр Горелкин
Фото: Олег Сердечников
Так, по словам Петра Горелкина, «тест на морфин был нужен прежде всего в качестве пробного эксперимента по определению лекарственных веществ, так как морфин — это аналог лекарства. По такой же схеме можно делать и тест-контроль других лекарств». Глеб Киселев продолжает: «Мы особенно рассчитываем именно на медицинское применение прибора, прежде всего — для прикроватной онлайн-диагностики (мониторинга) пациентов. Анализ состояния сточных вод, состава атмосферы и прочее — это все, конечно, хорошо, но там есть и другие апробированные методы онлайн-анализа. А вот в медицине такого онлайн-контроля пока не создано. Причем нам не нужно будет даже долго объяснять медикам, для чего может оказаться полезным наш прибор, — вполне достаточно просто показать его круглосуточную работоспособность и эффективность. Если мы доведем его до ума, то многие медицинские учреждения с радостью его у нас купят».
Безусловно, «в отечественной медицине хватает и противников нашей идеи — уровень сопротивления практическому внедрению нового прибора довольно высок, и нам часто говорят, что лезть в медицину — заведомо гиблая затея, там, мол, можно только лоб себе расшибить, — продолжает Петр Горелкин. — Но мы и не собираемся идти напролом — мы рассчитываем на помощников в этом деле, на различные центры и фонды поддержки, на личные контакты с заинтересованными лицами и учреждениями». Недавно он сам встречался в Министерстве здравоохранения РФ с главным лаборантом Владимиром Долговым, который фактически заведует всей клинической диагностикой России. Кроме того, молодые биоинноваторы провели для чиновников Минздрава специальную презентацию своего прибора. В прошлом году Горелкин сделал о нем отдельный доклад на конференции, проходившей в Первом медицинском институте. «Наш прибор всех тогда сильно заинтересовал, — рассказывает он. — Сегодня вопрос об оперативном контроле состояния пациента во время его лечения стоит очень остро, главная проблема даже не в установке диагноза, а именно в отслеживании качества лечебного курса: каков уровень концентрации лекарственных препаратов в крови, уровень холестерина и прочих гормонов. И совсем свежий пример: на выставке “Мир биотехнологий”, проходившей в марте 2008 года в Москве, к нам подходили врачи из Института нейрохирургии имени Бурденко — их очень интересовал сенсор, который бы мог в реальном времени определять уровень особого гормона, отвечающего за возникновение у людей инсульта».
Что касается Глеба Киселева, он собирается поработать в Центре акушерства и гинекологии у академика Сухих, который проявляет большую заинтересованность в развитии новых сенсорных методов клинической диагностики.
Наша фирма — я и Петя
В 2007 году проект Киселева—Горелкина «Производство универсального биохимического анализатора “Атомные весы”» стал победителем Конкурса русских инноваций, на протяжении многих лет организуемого нашим журналом, в номинации «Лучший инновационный проект». Благодаря этой победе удалось наладить тесные контакты со столичным Агентством по развитию инновационного предпринимательства (НП АРИП), созданным в конце 2006 года по инициативе Департамента поддержки и развития малого предпринимательства города Москвы. Генеральный директор агентства Алексей Костров пообещал личное содействие Академии биосенсоров в получении специальной субсидии департамента и помощь в написании адекватного ТЭО проекта. По словам Глеба Киселева, АРИП не только готово предоставить эту субсидию, но и предлагает помощь в дальнейшем продвижении проекта, в частности в его сопровождении в плане формирования интеллектуальной собственности, в предоставлении консультаций по различным стратегическим вопросам.
Другой потенциальный источник пополнения бюджета молодой фирмы — зарубежного происхождения. Это грант НАТО, предоставляемый в рамках специальной программы Science for Peace («Наука для мира»). Заявка на получение этого гранта для разработки системы удаленного контроля за кантилеверными датчиками успешно преодолела первый тур конкурса, и Киселев с Горелкиным рассчитывают, что им удастся пройти «натовские кордоны» до конца и разжиться 250 тыс. евро, выделяемыми под научные исследования.
Универсальный биохимический анализатор «Атомные весы» стал лучшим инновационным проектом на Конкурсе русских инноваций прошлого года
Фото: Олег Сердечников
Интересное предложение из-за рубежа недавно поступило и от французов: в рамках специальной программы французским посольством было отобрано 10 лучших молодых российских компаний, и Академия биосенсоров оказалась в этом элитном списке. Петра Горелкина пригласили в составе российской делегации посетить два национальных биотехнопарка Франции (в Гренобле и Лилле). В ходе поездки французы активно прощупывали почву на предмет возможного создания филиала российской фирмы для работы на европейском рынке, предлагая очень льготные условия (такой филиал на пять лет будет освобожден от всех французских налогов, арендные ставки при полной инфраструктуре — порядка 100 евро за квадратный метр в год и т. д.). Как говорит Игорь Яминский, «мы эту возможность рассматриваем очень серьезно, только сначала нам нужно укрепиться на российском рынке».
Определенные надежды сегодня Киселев и Горелкин, равно как и их «старший инвестор» Игорь Яминский связывают и с крупномасштабной программой финансирования, анонсируемой ГК «Российская корпорация нанотехнологий». Побывав в составе российской делегации на недавней выставке нанотехнологий в Японии, г-н Яминский воспользовался благоприятной возможностью, чтобы наконец лично познакомиться с гендиректором «Роснанотеха» Леонидом Меламедом. По словам Яминского, ему удалось в течение целого часа пообщаться с «главным российским нанотехнологом» с глазу на глаз и рассказать ему как о деятельности своей фирмы (Центра перспективных технологий), так и о разработках молодых подопечных из Академии биосенсоров.
Сколько всего денег нужно Киселеву и Ко для эффективной раскрутки своего детища? Сам Глеб прикидывает, что для доводки приборной базы и окончательного перехода фирмы в свободное плавание требуется примерно 15 млн рублей. По его словам, «с чисто научной точки зрения практически все нами уже сделано. Образно говоря, если все изготовить “на пластилине”, прибор будет нормально работать. Сегодня перед нами стоят две ключевые задачи — технологическая доработка прибора под сугубо медицинские цели и разработка “химии” под конкретную задачу. Скажем, если нас попросят сделать специальный сенсор под определение того или иного гормона, на это потребуется некоторое время, деньги, необходимо будет провести отдельный НИОКР. А ведь сегодня фактически вся наша фирма — это я сам и Петя Горелкин. Вдвоем нам это делать дальше будет, конечно, тяжело. Но, с другой стороны, еще совсем недавно мне казалась практически невыполнимой и задача создания самого нашего прибора».
