eng
В подмосковной Дубне в конце года откроется завод "БЕТА". Это совместный проект РОСНАНО и Trekpor Technology. В 2013 году он начнет выпуск полутора миллионов мембранных нанофильтров и полутора тысяч в год аппаратов для плазмафереза крови "Гемофеникс-М". Это второй подобный завод в России. Первый – "АЛЬФА" – работает в этом же городе. Он стал успешной "пробой пера" при создании изделий по нанотехнологии.
Теги: apparatus blood plasmapheresis membrane nanofilter track-etched membrane аппарат мембранный нанофильтр плазмаферез крови трековая мембрана
Создатели технологии изготовления мембранных нанофильтров награждены Премией Правительства Российской Федерации в области науки и техники за 2008 год. Трое из девяти лауреатов живут и работают в Дубне.
Именно в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) с идеи получения трековых мембран на ускорителях начался длинный путь к выпуску аппаратов для плазмафереза в промышленных масштабах. Метод широко используется в клинической практике. Он рекомендован для применения при лечении более 200 заболеваний. В основе метода лежит мембранное разделение крови на фракции с помощью плазмофильтра.
Саму уникальную технологию изготовления трековой мембраны – нанорешета, сквозь которое "просеивают" кровь при плазмаферезе, – разработали в лаборатории еще в 70-е годы прошлого столетия (рис.1). А плазмофильтр – это одноразовое стерильное устройство из множества пористых трековых мембран, поры которых фильтруют кровь, отделяя плазму от остальных компонентов. Во время прохождения крови через фильтр плазма, содержащая вредные и балластные вещества, удаляется, а другие элементы крови возвращаются в вену вместе со специальным плазмозамещающим раствором.
Трек – это след
элементарной частицы
Частицы оставляют в пленке треки или каналы радиационного повреждения. Однако эти каналы не сквозные. Таким образом, треки – это еще не поры. Дело в том, что ион, попадая в толщу полимера, на своем пути рвет его молекулы на кусочки. Некоторые из них оказываются газообразными. Улетучиваясь, эти кусочки образуют не связанные друг с другом нанопустоты в виде отдельных маленьких пещерок по ходу иона.
Следует также учесть, что в любом полимере, вследствие неидеальной укладки макромолекул, изначально присутствуют нанопустоты. Их количество, как свойство каждого полимера, характеризуется понятием "свободный объем", причем треки ионов существенно увеличивают этот объем. Чтобы убрать кусочки разорванных молекул и объединить нанопустоты, формируя из них сквозные поры заданного размера, после облучения пленки необходимо ее химическое травление.
Технологически процесс реализуется так: рулон пленки в специальной камере автоматически перематывается с одного вала на другой и облучается поступающими от ускорителя ионами (рис.2). В результате задается плотность пор на квадратный сантиметр. Как и ионы в пучке, поры распределяются по площади полимера вероятностным образом.
После этого пленка обрабатывается УФ-излучением – проходит стадию фотосенсибилизации. Воздействие такого излучения на остатки разорванных молекул в треках ускоряет их последующее химическое травление, в процессе которого, меняя режим химической обработки (температуру, концентрацию или время), можно задавать необходимый размер пор. В результате на одной и той же установке удается делать мембраны с порами 30 или 50 нм, 4 или 7 мкм. Таким образом, на стадии химической обработки можно варьировать диаметр пор в диапазоне нескольких порядков.
Производительность ускорителя, "пересчитанная" на количество конечного продукта, диктуется диаметром и плотностью пор мембран. Одно из типичных значений для ускорителей лаборатории ядерных реакторов (ЛЯР) – производство 100 кв. м пленки в час. Для проектируемого ускорителя проекта "Бета" производительность будет в несколько раз выше. В год такой ускоритель должен быть способен произвести до 1 млн. кв. м трековых мембран.
Стрельба инертным газом
По пленке бьют ионами инертных газов. Это делается по многим причинам. Такие частицы удобны тем, что в силу своей химической инертности ничего не портят в ионном источнике и мишени. Причем выбор для бомбардировки полимера ионов конкретного элемента зависит от многих факторов, в частности, от вида ускорителя. Ионы одного и того же газа для одного ускорителя могут подойти, а для другого нет. Например, в тандемном ускорителе, в первой части которого ускоряются отрицательно заряженные ионы, перезаряжаемые затем и ускоряемые уже с положительным зарядом, не применяются химические элементы, которые не могут давать отрицательных ионов. Еще один критерий выбора газа – его атомный вес. Чем тяжелее ионы, тем лучше "травятся" получаемые треки и тем проще получить поры нанометрового диапазона.
Предложенная технология уникальна
В содружестве с учеными ОИЯИ в 1998–2000 годах был спроектирован и запущен на заводе "Альфа" первый на территории России и в странах СНГ промышленный циклотрон для производства трековых мембран. Важно отметить, что производство плазмаферезаторов на трековых мембранах существует только в России, хотя сама идея получения пористых пленок облучением их заряженными частицами с последующим травлением – американская. Американцы начали производить такие мембраны с помощью осколков деления топлива атомных реакторов, которые в большинстве представляют собой радиоактивные изотопы.
По этой причине такую пленку после облучения в течение нескольких месяцев приходится выдерживать, чтобы радиоактивность спала до приемлемого уровня. Чем выше плотность пор, тем больше проблем с радиоактивностью мембран. Существует и попутная проблема – утилизация радиоактивных отходов после травления пленки.
Преимущество создаваемых в Дубне трековых мембран обеспечено предложением академика Г.Н.Флёрова – использовать для их получения ускорители пучков тяжелых ионов. Никаких проблем с радиоактивностью здесь не возникает: сразу после изготовления пленка абсолютно безопасна. В 90-е годы прошлого века вслед за лабораторией ядерных реакторов ОИЯИ на изготовление трековых мембран с помощью таких ускорителей перешли и другие производители. Сегодня уже несколько фирм в мире выпускают трековые мембраны, полученные с их использованием. А технологией плазмафереза с помощью трековых мембран владеет пока только Дубна. ■
Именно в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) с идеи получения трековых мембран на ускорителях начался длинный путь к выпуску аппаратов для плазмафереза в промышленных масштабах. Метод широко используется в клинической практике. Он рекомендован для применения при лечении более 200 заболеваний. В основе метода лежит мембранное разделение крови на фракции с помощью плазмофильтра.
Саму уникальную технологию изготовления трековой мембраны – нанорешета, сквозь которое "просеивают" кровь при плазмаферезе, – разработали в лаборатории еще в 70-е годы прошлого столетия (рис.1). А плазмофильтр – это одноразовое стерильное устройство из множества пористых трековых мембран, поры которых фильтруют кровь, отделяя плазму от остальных компонентов. Во время прохождения крови через фильтр плазма, содержащая вредные и балластные вещества, удаляется, а другие элементы крови возвращаются в вену вместе со специальным плазмозамещающим раствором.
Трек – это след
элементарной частицы
Частицы оставляют в пленке треки или каналы радиационного повреждения. Однако эти каналы не сквозные. Таким образом, треки – это еще не поры. Дело в том, что ион, попадая в толщу полимера, на своем пути рвет его молекулы на кусочки. Некоторые из них оказываются газообразными. Улетучиваясь, эти кусочки образуют не связанные друг с другом нанопустоты в виде отдельных маленьких пещерок по ходу иона.
Следует также учесть, что в любом полимере, вследствие неидеальной укладки макромолекул, изначально присутствуют нанопустоты. Их количество, как свойство каждого полимера, характеризуется понятием "свободный объем", причем треки ионов существенно увеличивают этот объем. Чтобы убрать кусочки разорванных молекул и объединить нанопустоты, формируя из них сквозные поры заданного размера, после облучения пленки необходимо ее химическое травление.
Технологически процесс реализуется так: рулон пленки в специальной камере автоматически перематывается с одного вала на другой и облучается поступающими от ускорителя ионами (рис.2). В результате задается плотность пор на квадратный сантиметр. Как и ионы в пучке, поры распределяются по площади полимера вероятностным образом.
После этого пленка обрабатывается УФ-излучением – проходит стадию фотосенсибилизации. Воздействие такого излучения на остатки разорванных молекул в треках ускоряет их последующее химическое травление, в процессе которого, меняя режим химической обработки (температуру, концентрацию или время), можно задавать необходимый размер пор. В результате на одной и той же установке удается делать мембраны с порами 30 или 50 нм, 4 или 7 мкм. Таким образом, на стадии химической обработки можно варьировать диаметр пор в диапазоне нескольких порядков.
Производительность ускорителя, "пересчитанная" на количество конечного продукта, диктуется диаметром и плотностью пор мембран. Одно из типичных значений для ускорителей лаборатории ядерных реакторов (ЛЯР) – производство 100 кв. м пленки в час. Для проектируемого ускорителя проекта "Бета" производительность будет в несколько раз выше. В год такой ускоритель должен быть способен произвести до 1 млн. кв. м трековых мембран.
Стрельба инертным газом
По пленке бьют ионами инертных газов. Это делается по многим причинам. Такие частицы удобны тем, что в силу своей химической инертности ничего не портят в ионном источнике и мишени. Причем выбор для бомбардировки полимера ионов конкретного элемента зависит от многих факторов, в частности, от вида ускорителя. Ионы одного и того же газа для одного ускорителя могут подойти, а для другого нет. Например, в тандемном ускорителе, в первой части которого ускоряются отрицательно заряженные ионы, перезаряжаемые затем и ускоряемые уже с положительным зарядом, не применяются химические элементы, которые не могут давать отрицательных ионов. Еще один критерий выбора газа – его атомный вес. Чем тяжелее ионы, тем лучше "травятся" получаемые треки и тем проще получить поры нанометрового диапазона.
Предложенная технология уникальна
В содружестве с учеными ОИЯИ в 1998–2000 годах был спроектирован и запущен на заводе "Альфа" первый на территории России и в странах СНГ промышленный циклотрон для производства трековых мембран. Важно отметить, что производство плазмаферезаторов на трековых мембранах существует только в России, хотя сама идея получения пористых пленок облучением их заряженными частицами с последующим травлением – американская. Американцы начали производить такие мембраны с помощью осколков деления топлива атомных реакторов, которые в большинстве представляют собой радиоактивные изотопы.
По этой причине такую пленку после облучения в течение нескольких месяцев приходится выдерживать, чтобы радиоактивность спала до приемлемого уровня. Чем выше плотность пор, тем больше проблем с радиоактивностью мембран. Существует и попутная проблема – утилизация радиоактивных отходов после травления пленки.
Преимущество создаваемых в Дубне трековых мембран обеспечено предложением академика Г.Н.Флёрова – использовать для их получения ускорители пучков тяжелых ионов. Никаких проблем с радиоактивностью здесь не возникает: сразу после изготовления пленка абсолютно безопасна. В 90-е годы прошлого века вслед за лабораторией ядерных реакторов ОИЯИ на изготовление трековых мембран с помощью таких ускорителей перешли и другие производители. Сегодня уже несколько фирм в мире выпускают трековые мембраны, полученные с их использованием. А технологией плазмафереза с помощью трековых мембран владеет пока только Дубна. ■
Отзывы читателей
