Чудеса техники

Биочип трудно заметить невооруженным глазом. Это едва заметный матовый квадратик на блестящей черной пластинке, размер которой не больше обычной почтовой марки. Но, похоже, этот кроха способен перевернуть всю медицину. Ведь биочип в состоянии заменить целую лабораторию с ученым штатом, сотнями приборов. Принцип действия такого чипа основан на молекулярной биологии.

О технологии производства рассказывает заместитель заведующего центром биочипов Института молекулярной биологии РАН Александр Заседателев:

«Сначала на пластинку наносится гель, на 99 процентов состоящий из воды. Через специальное "сито" его облучают ультрафиолетовыми лучами. Лучи полимеризуют гель, получаются ячейки размером 100x100x20 микрон. На биочипе их может быть от шестисот до нескольких тысяч.

Автомат под контролем компьютера наносит на ячейки различные растворы. В каждом содержатся молекулы-зонды биологических объектов — фрагментов ДНК, бактерий, вирусов…»

Так получают биочип. Для анализа на него надо нанести каплю «подопытной» крови или плазмы. Затем к каждой их молекуле присоединяют «фонарик» флуоресцентного вещества. За процессом наблюдают в специальный микроскоп, созданный в санкт-петербургском Государственном оптическом институте. Молекулы, завидев «родственников» на биочипе, соединяются с ними. В результате, где больше «фонариков», там и ячейка светится ярче. Так удается определить бактерии или дефектные гены. В принципе же можно распознать любое молекулярное вещество.

Подобный анализ ведется под микроскопом. При желании портрет биочипа можно увеличить, а затем и отпечатать на фотобумаге. Это простой и эффективный способ значительно убыстряет и удешевляет сложнейшие анализы. Затем чип можно высушить и хранить вечно.

Технология изготовления и использования биочипов отрабатывалась десять лет. Ее автору академику Андрею Мирзабекову удалось избрать самый эффективный путь. Конечно же, не случайно пять лет назад Национальная лаборатория Аргонн в США предложила ему возглавить центр биочипов. Академик дал согласие, поставив условие — сохранения центра в России и оказания ему финансовой помощи.

Что оставалось американцам. Они согласились на в общем-то беспрецедентные для Америки условия. Наши ученые получили возможность работать и у себя в институте, и в Чикаго. Но, главное, все права на производство биочипов в России и странах СНГ остались за нами. Конечно, российские ученые гордятся своей работой. Ведь действительно есть чем.

«Биочип для обнаружения спор сибирской язвы срабатывает за полчаса, а традиционный метод занимает полсуток, что в экстренных случаях многовато, — говорит А. Заседателев. — Быстро можно провести анализ многих инфекций и генетических мутаций.

Последняя из работ — биочип для определения 9 штаммов бацилл, вызывающих 93 процента заболеваний лекарственно устойчивыми формами туберкулеза. Диагностикум создан вместе с Московским НПЦ борьбы с туберкулезом. Сегодня, пока не выявлен характер возбудителя, больных долгие месяцы лечат вслепую, часто совсем не тем, что необходимо. Биочип выявит вид бациллы за 2–3 дня.

Доступны биочипу ранние стадии некоторых онкологических заболеваний, предрасположенность к болезням сердца и сосудов, вредные примеси в воде и в воздухе. Но все это пока в сослагательном наклонении. Если бы были средства на промышленное производство, если бы те, кому положено, оценили новейшую, дешевую и во многих случаях спасительную технологию…»

«Пока же ученые решают более актуальную проблему — отопительную, — пишет в «Известиях» Татьяна Батенева. — Высокие технологии можно создавать только теплыми руками, шутят молекулярные биологи, из холодных пробирок они вываливаются.

Идея создания международной космической станции возникла в начале 1990-х годов. Проект стал международным, когда к США присоединились Канада, Япония и Европейское космическое агентство. В декабре 1993 года США совместно с другими странами, участвующими в создании космической станции «Альфа», предложили России стать партнером данного проекта. Российское правительство приняло предложение, после чего некоторые эксперты стали называть проект «Ральфа», то есть «Русская Альфа», — вспоминает представитель НАСА по связям с общественностью Эллен Клайн.

По прикидкам экспертов, строительство «Альфа-Р» может быть завершено к 2002 году и обойдется примерно в 17,5 миллиардов долларов. «Это очень дешево, — отметил руководитель НАСА Даниэл Голдин. — Если бы мы работали одни, затраты были бы большими. А так, благодаря сотрудничеству с русскими, мы получаем не только политические, но и материальные выгоды…»

Именно финансы, точнее их недостаток, и заставили НАСА искать партнеров. Первоначальный проект — он назывался «Свобода» — был весьма грандиозен. Предполагалось, что на станции можно будет ремонтировать спутники и целые космические корабли, изучать функционирование человеческого организма при длительном пребывании в невесомости, вести астрономические исследования и даже наладить производство.

Привлекли американцев и уникальные методики, на которые были положены миллионы рублей и годы работы советских ученых и инженеров. Поработав в одной «упряжке» с россиянами, они получили и достаточно полные представления о российских методиках, технологиях и т.д., касающихся долговременных орбитальных станций. Трудно оценить, сколько миллиардов долларов они стоят.

Американцы изготовляют для станции научную лабораторию, жилой модуль, стыковочные блоки «Ноуд-1» и «Ноуд-2». Российская сторона разрабатывает и поставляет функционально-грузовой блок, универсальный стыковочный модуль, транспортные корабли снабжения, служебный модуль и ракету-носитель «Протон».

Большую часть работ выполняет Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева. Центральной частью станции станет функционально-грузовой блок, по размерам и основным элементам конструкции аналогичный модулям «Квант-2» и «Кристалл» станции «Мир». Его диаметр — 4 метра, длина — 13 метров, масса — более 19 тонн. Блок будет служить домом для космонавтов в начальный период сборки станции, а также для обеспечения ее электроэнергией от солнечных панелей и хранения запасов топлива для двигательных установок. Служебный модуль создан на основе центральной части разрабатывавшейся в 1980-е годы станции «Мир-2». В нем космонавты будут жить постоянно и проводить эксперименты.

Участники Европейского космического агентства разрабатывают лабораторию «Колумбус» и автоматический транспортный корабль под ракету-носитель «Ариан-5» Канада поставляет мобильную систему обслуживания, Япония — экспериментальный модуль.

Для сборки международной космической станции потребуется ориентировочно выполнить 28 полетов на американских космических кораблях типа «Спейс шаттл», 17 запусков российских ракет-носителей и один запуск «Ариана-5». Доставить экипажи и оборудование к станции должны 29 российских кораблей «Союз ТМ» и «Прогресс».

Общий внутренний объем станции после сборки ее на орбите составит 1217 квадратных метров, масса — 377 тонн, из которых 140 тонн — российские компоненты, 37 тонн — американские. Расчетное время работы международной станции — 15 лет.

По причине финансовых неурядиц, преследовавших Российское аэрокосмическое агентство, сооружение МКС выбилось из графика на целых два года.

В 1920-е годы во время испытаний самолетов с крылом, прикрепленным к нижней части фюзеляжа (тип низкоплан), конструкторы заметили, что подъемная сила крыла при посадке несколько увеличивается и в результате машина продолжает лететь над полем, как бы не желая садиться. Подобный эффект даже порой приводил к авариям. Центр давления крыла (точка приложения подъемной силы) в этом случае перемещается к его задней кромке, и самолет может опрокинуться.

Дальнейшие исследования показали, что между крылом самолета и поверхностью земли воздух сжимается и становится плотнее. Так возникает дополнительная подъемная сила, которая и поддерживает аппарат в воздухе. Открытое явление назвали экранным эффектом. Экраном являлась поверхность земли или воды. В 1922 году появилась одна из первых работ об экранном эффекте — статья Б.Н. Юрьева «Влияние Земли на аэродинамические свойства крыла». В 1930-е годы изучением эффекта занимались В.В. Голубев, Я.М. Серебрийский, Ш.А. Биячуев, Н.А. Черномашинцев.

В СССР не ограничились теоретическими исследованиями. Началась разработка летательного аппарата, использующего экранный эффект. Такие машины — в дальнейшем их назвали экранопланами и экранолетами — казались очень выгодными. Логика проста: чем меньше высота полета, тем существеннее влияние экрана и, следовательно, выше несущая способность крыла. В результате для экраноплана нужны двигатели в два-три раза менее мощные, чем для самолета той же грузоподъемности. Довольно тяжелый летательный аппарат достаточно оснастить обычным автомобильным мотором.

Создать экраноплан, который мог бы летать над пустыней и водой, снегами и льдами, мечтал известный авиаконструктор и изобретатель П.И. Гроховский. В 1932 году он разработал проект экраноплана-амфибии с двумя моторами и с вполне современной аэродинамической компоновкой. В 1935 году финский инженер Т. Каарио построил первый аппарат для экспериментального изучения экранного эффекта.

Над экранопланами работали известные авиаконструкторы Г.П. Бериев, Р.Л. Бартини. Но самых больших успехов достиг Ростислав Евгеньевич Алексеев, возглавлявший в Нижнем Новгороде Центральное конструкторское бюро судов на подводных крыльях. Алексеев людям, далеким от армии, известен как создатель скоростных судов — «Ракета», «Метеор», «Комета». Его портрет можно увидеть в американском конгрессе в галерее великих деятелей мира, внесших наибольший вклад в развитие человечества в XX веке.

«Бартини шел к идее создания экранолетов "сверху" — от авиации, стремясь научить самолеты летать как можно ниже, — пишет в журнале «Всемирный следопыт» Станислав Славин. — Он знал, что еще в начале века первые авиаторы сталкивались с таким явлением: на высоте нескольких метров над землей полотняный аэроплан вдруг принимался скользить над травой, будто его удерживала в воздухе невидимая, но могучая рука — так проявлял себя воздушный экран.

Алексеев же задумал создавать экранопланы в конце 1950-х годов, когда его суда на подводных крыльях при скоростях 100–150 километров час натолкнулись на кавитационный барьер-явление, при котором вода утрачивает свойства сплошной текучей жидкости. Крылья машины разрушались от множества обрушивающихся на них гидравлических ударов. И вот он решил: хватит бороться с этим эффектом, улучшая профили крыльев, надо создать качественно новые суда, если хотите подняться над проблемой кавитации.

Первый 3-тонный экраноплан, появившийся в 1961 году, имел пару несущих крыльев. Но, исследовав такую схему на нескольких моделях, конструктор отказался от нее и выбрал другую — аппарат с одним крылом малого удлинения».

Знания, интуиция и уверенность Алексеева были настолько велики, что от пятитонного экраноплана он почти сразу шагнул к постройке машины многотонной — «Каспийского монстра».