eng
Современные программные пакеты проектирования позволяют эффективно получать электронные виртуальные модели сложных приборов биомедицинского назначения.
DOI:10.22184/1993-8578.2016.65.3.60.63
DOI:10.22184/1993-8578.2016.65.3.60.63
Теги: biosensor engineering high-tech production modeling scanning probe microscope биосенсор высокотехнологичное производство моделирование проектирование сканирующий зондовый микроскоп
Глава Минпромторга Денис Мантуров, отчитываясь в Госдуме на "Правительственном часе", рассказал что в 2015 году сырьевой экспорт уступил не сырьевому почти 3% в общем объеме. "Россия постепенно уходит от нефтяной иглы, – отметил Д.Мантуров. – Это прослеживается и в увеличении объемов внешних поставок российской высокотехнологичной продукции, которая выросла в объеме на 10,5%" (http://rg.ru).
Особенно важно, что даже в условиях кризиса и вынужденной экономии, меры поддержки не были урезаны, так как именно благодаря им возможно дальнейшее развитие инновационной промышленности. В рамках проекта "Сенсорные технологии молекулярной диагностики для персонифицированной медицины" авторы создают при поддержке Министерства образования и науки производство биосенсора для персональной диагностики и усовершенствованного сканирующего зондового микроскопа "ФемтоСкан". Стратегической целью компании является организация полностью отечественного производства измерительного и аналитического оборудования для нанотехнологий.
Начиная от 3D-модели, разработанной в компьютерной программе, а затем прототипа изделия, мы планомерно движемся к запуску полноценного производства.
От электронного моделирования к реальному продукту
Еще в начале 1990-х годов при разработке первых моделей микроскопов мы использовали программные пакеты для проектирования как механических, так и электронных узлов, то есть вначале всегда создавалась электронная модель изделия. За прошедшие 30 лет усложнялись конструкции приборов и одновременно совершенствовались и усложнялись программные пакеты для моделирования и конструирования. Сейчас в проектировании механических узлов мы используем лицензионные пакеты SolidWorks как для обучения, так и для проектирования. Обучение студентов, аспирантов и молодых сотрудников новым методам проектирования активно ведется в ЦМИТ "Нанотехнологии" физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.
Важным этапом создания инновационного продукта является формализация всей созданной конструкторской и технологической документации. Правильно составленная документация сама собою уже представляет большую ценность и позволяет организовать высокотехнологичное производство без многочисленных уточнений и доработок. При наличии качественной документации становится возможным не только достижение высокой культуры производства, но и его тиражирование. На этом этапе возникают определенные сложности, с которыми мы столкнулись при создании новой модели микроскопа и биосенсора. Существенной проблемой стала формализация всех знаний и наработок в формате, соответствующем действующим регламентам и ГОСТам. Причем если одни ГОСТы (к примеру, регламентирующий поверку зондового микроскопа) были написаны не так давно, то весь комплекс государственных стандартов единой системы технологической документации (ЕСТД) был составлен преимущественно в 1980-е годы. Многие ГОСТы относятся к 1990-м годам прошлого столетия и содержат правила оформления документов без учета достижений современных компьютерных программ. По закону Мура основные характеристики компьютеров улучшались в два раза каждые два года, то есть с момента написания стандартов ЕСТД несколько поколений компьютеров успели морально устареть.
Мы определили себе срок в три года для создания современного высокотехнологичного производства. Проблемы импортозамещения и общемирового кризиса, устаревшие регламенты и ГОСТы – реалии, в которых надо работать, достигать поставленных целей и планомерно идти вперед.
Инновации нужно развивать не только в производстве, их нужно внедрять и в производственных стандартах. Это позволит сконцентрироваться на вызовах современной рыночной экономики, которых становится все больше.
К новой продукции мы предъявляем самые высокие требования. Так, усовершенствованная модель сканирующего зондового микроскопа "ФемтоСкан Х" имеет размер кадра до 100 × 100 мкм2. При этом количество дискретов (пикселей) в кадре может равняться 8 192 × 8 192, что составляет 64 мегапикселя. Достигаемая точность позиционирования – 0,001 нм. Максимальная скорость сканирования – 64 кадра/с. Порог обнаружения вирусных частиц на сенсорной поверхности при размере поля 10 × 10 мкм – 10 единиц. При этом время проведения одного измерения – не более 10 мин. Измерение концентрации вирусов в жидкости в диапазоне от 104 до 108 вирусов/мл проводится с относительной погрешностью не более 20%.
Создаваемый биосенсор на основе кантилеверного биочипа является компактным устройством, который позволяет регистрировать вирусные патогены не более чем за 30 мин, а бактериальные патогены еще быстрее – не более чем за 20 мин.
Наша задача – быстро и эффективно пройти этапы создания электронной модели и прототипа, организовав производство новой реальной продукции. ■
Мы выражаем искреннюю благодарность Правительству Москвы, РФФИ (проект 15-04-07678), Министерству науки и образования (проект 02.G25.31.0135), Фонду содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (проект 16315) за эффективную поддержку наших работ.
Особенно важно, что даже в условиях кризиса и вынужденной экономии, меры поддержки не были урезаны, так как именно благодаря им возможно дальнейшее развитие инновационной промышленности. В рамках проекта "Сенсорные технологии молекулярной диагностики для персонифицированной медицины" авторы создают при поддержке Министерства образования и науки производство биосенсора для персональной диагностики и усовершенствованного сканирующего зондового микроскопа "ФемтоСкан". Стратегической целью компании является организация полностью отечественного производства измерительного и аналитического оборудования для нанотехнологий.
Начиная от 3D-модели, разработанной в компьютерной программе, а затем прототипа изделия, мы планомерно движемся к запуску полноценного производства.
От электронного моделирования к реальному продукту
Еще в начале 1990-х годов при разработке первых моделей микроскопов мы использовали программные пакеты для проектирования как механических, так и электронных узлов, то есть вначале всегда создавалась электронная модель изделия. За прошедшие 30 лет усложнялись конструкции приборов и одновременно совершенствовались и усложнялись программные пакеты для моделирования и конструирования. Сейчас в проектировании механических узлов мы используем лицензионные пакеты SolidWorks как для обучения, так и для проектирования. Обучение студентов, аспирантов и молодых сотрудников новым методам проектирования активно ведется в ЦМИТ "Нанотехнологии" физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.
Важным этапом создания инновационного продукта является формализация всей созданной конструкторской и технологической документации. Правильно составленная документация сама собою уже представляет большую ценность и позволяет организовать высокотехнологичное производство без многочисленных уточнений и доработок. При наличии качественной документации становится возможным не только достижение высокой культуры производства, но и его тиражирование. На этом этапе возникают определенные сложности, с которыми мы столкнулись при создании новой модели микроскопа и биосенсора. Существенной проблемой стала формализация всех знаний и наработок в формате, соответствующем действующим регламентам и ГОСТам. Причем если одни ГОСТы (к примеру, регламентирующий поверку зондового микроскопа) были написаны не так давно, то весь комплекс государственных стандартов единой системы технологической документации (ЕСТД) был составлен преимущественно в 1980-е годы. Многие ГОСТы относятся к 1990-м годам прошлого столетия и содержат правила оформления документов без учета достижений современных компьютерных программ. По закону Мура основные характеристики компьютеров улучшались в два раза каждые два года, то есть с момента написания стандартов ЕСТД несколько поколений компьютеров успели морально устареть.
Мы определили себе срок в три года для создания современного высокотехнологичного производства. Проблемы импортозамещения и общемирового кризиса, устаревшие регламенты и ГОСТы – реалии, в которых надо работать, достигать поставленных целей и планомерно идти вперед.
Инновации нужно развивать не только в производстве, их нужно внедрять и в производственных стандартах. Это позволит сконцентрироваться на вызовах современной рыночной экономики, которых становится все больше.
К новой продукции мы предъявляем самые высокие требования. Так, усовершенствованная модель сканирующего зондового микроскопа "ФемтоСкан Х" имеет размер кадра до 100 × 100 мкм2. При этом количество дискретов (пикселей) в кадре может равняться 8 192 × 8 192, что составляет 64 мегапикселя. Достигаемая точность позиционирования – 0,001 нм. Максимальная скорость сканирования – 64 кадра/с. Порог обнаружения вирусных частиц на сенсорной поверхности при размере поля 10 × 10 мкм – 10 единиц. При этом время проведения одного измерения – не более 10 мин. Измерение концентрации вирусов в жидкости в диапазоне от 104 до 108 вирусов/мл проводится с относительной погрешностью не более 20%.
Создаваемый биосенсор на основе кантилеверного биочипа является компактным устройством, который позволяет регистрировать вирусные патогены не более чем за 30 мин, а бактериальные патогены еще быстрее – не более чем за 20 мин.
Наша задача – быстро и эффективно пройти этапы создания электронной модели и прототипа, организовав производство новой реальной продукции. ■
Мы выражаем искреннюю благодарность Правительству Москвы, РФФИ (проект 15-04-07678), Министерству науки и образования (проект 02.G25.31.0135), Фонду содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (проект 16315) за эффективную поддержку наших работ.
Отзывы читателей
