Уфимский институт химии Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук (УфИХ УФИЦ РАН), созданный в 1951 году, является крупным исследовательским центром. Он широко известен своими исследованиями в области биоорганической химии, направленного синтеза органических соединений, каталитического синтеза и модификации полимеров, кинетики и механизма окислительных процессов, люминесцентных реакций, электрохимии и физикохимии растворов.
Институт насчитывает 14 лабораторий. В стенах научного учреждения работает около 150 научных сотрудников, имеющих высочайшие профессиональные и научные компетенции и опыт. Гордостью творческого коллектива является команда единомышленников, в составе которой трудятся один академик РАН, 25 докторов наук, 82 кандидата наук. Здесь на равных с состоявшимися учеными вносят свой вклад в развитие науки 57 молодых сотрудников, чей средний возраст составляет младше 39 лет.
Форум будущих технологий может стать для ученых Института не просто флагманским событием, но и полезной деловой площадкой, где научное сообщество современной России представляет технологии и инновационные научные разработки, определяющие вектор развития отраслей экономики на ближайшие годы.
– Институт по праву гордится своими научными достижениями как прежних лет, так и его современной истории. Сегодня ученые продолжают трудиться над десятком современных научных разработок, отвечающих задаче обеспечения технологического лидерства нашей страны. Работы, проводимые в Институте, соответствуют приоритетным направлениям научно-технического развития Российской Федерации, важнейшим критическим и сквозным технологиям. В нашем Институте функционируют признанные в России и во всем мире научные школы в области электрохимии, полимеров и биоорганической химии.
Одним из направлений исследований, проводимых в стенах УфИХ УФИЦ РАН, является электрохимическая энергетика. Ее задача – изучение закономерностей взаимного преобразования энергии химической в электрическую и наоборот, которая осуществляется в химических источниках тока.
Команда наших ученых признана в стране одним из лидеров в области электрохимической энергетики. К нам обращаются за экспертной оценкой различные промышленные компании, – говорит Раиль Хуснутдинов, и.о. директора Уфимского института химии Российской академии наук.
В настоящее время в УфИХ УФИЦ РАН под руководством Владимира Колосницына, д.х.н., проф., проводятся как фундаментальные, так и прикладные исследования проблем преобразования химической энергии в электрическую. Получено много важных и полезных результатов. Большая часть их уже представлена в виде публикаций и патентов. Большое внимание уделяется и проблеме продвижения результатов фундаментальных исследований в практику, разработке прототипов аккумуляторов и технологий их промышленного производства.
Работы, проводимые в Институте в области электрохимической энергетики, соответствуют приоритетным направлениям научно-технического развития Российской Федерации, важнейшим критическим и сквозным технологиям. Следует заметить, что в последние годы многие промышленно развитые и развивающиеся страны огромное внимание уделяют развитию различных батарейных технологий. Ведь их массовое применение позволит существенно снизить отрицательное воздействие, например, промышленности и транспорта на окружающую среду и позволит использовать возобновляемые источники энергии.
Химические источники тока получили распространение в самых разнообразных областях современной техники. Каждый человек ими пользуется практически ежедневно.
Оглянемся на несколько десятилетий назад. В 90-е годы прошлого века в Институте были разработаны литиевые источники с различным форм-фактором (дисковые, цилиндрические, призматические) для различных потенциальных производителей и потребителей, составлены технические условия, выпущены и испытаны опытные партии. Но в силу разных обстоятельств того времени партнеры оказались в сложных экономических условиях и не смогли довести эти работы до организации серийного производства.
Но в начале двухтысячных годов команда электрохимиков начала развивать сотрудничество с различными зарубежными университетами и компаниями – Кембриджским университетом, компаниями SamsungSdi, LGChem, Solvay, FMC и многими другими. Например, в Кембриджском университете было проведено тестирование разработанной в Институте технологии литий-серных аккумуляторов и получено положительное заключение. Это привело к созданию английского стартапа OxisEnergyLTD. Его целью стало развитие «уфимской» технологии до уровня промышленного внедрения. Одним из проектов была разработка аккумуляторной батареи для электровелосипеда.
Основной проблемой коммерциализации результатов фундаментальных исследований является отсутствие механизмов финансирования начальных стадий опытно-конструкторских и опытно-технологических работ. Фундаментальные исследования (по шкале TRL 1-3 уровень) финансирует государство. Разработку конкретных технологий под свои задачи (по шкале TRL 7-9 уровень) финансирует бизнес и промышленность. А наиболее рискованные этапы развития новых технологий (по шкале TRL 4-6 уровень) никем не финансируются. Эти этапы общепризнанно называют «Долиной смерти новых технологий». Для ее преодоления в Уфимском Институте химии планируется создание научно-технического центра «Электрохимическая энергетика». Это позволит осуществить трансфер результатов фундаментальных исследований и технологий в области электрохимической энергетики, разработанных в УфИХ УФИЦ РАН, в промышленность.
Отметим, что в Институте есть часть оборудования, на котором отрабатываются отдельные элементы технологии производства аккумуляторов. Правда, его недостаточно для отработки всего технологического цикла. В рамках НТЦ планируется проведение исследований, разработка технологий, подготовка специалистов, производство небольших партий аккумуляторов по заказам предприятий.
Например, в рамках договора с ООО «РЭНЕРА» дочерней компанией ГК РОСАТОМ разработана технология изготовления и собраны опытные образцы литий-серных аккумуляторов пакетного типа с номинальной емкостью 1-5 Ач в мягком металл-полимерном корпусе. В рамках сотрудничества с Евразийским НОЦ изготовлен испытательный стенд для тестирования разрабатываемых батарей для БПЛА, ведутся работы по разработке технологических регламентов изготовления литий-ионных аккумуляторов.
Другим крупным направлением Института являются исследования синтеза и свойств полимеров линейного и нелинейного строения. В лаборатории полимерной химии ведутся исследования синтеза и свойств термостойких линейных полимеров конструкционного назначения с регулируемым температурным интервалом вязкого течения для имплантов, протезов и технического применения в условиях повышенных температур. Также в этой лаборатории проводятся исследования трехмерно сшитых полимеров. Они представляют собой природные и/или синтетические гидрофильные полимеры, сшитые в трехмерную сеть, которая способна включать большое количество воды. Благодаря этому такие полимеры (гидрогели) способны контролируемо высвобождать различные химические соединения, а также иметь определенное сочетание вязких и упругих свойств, что делает их подобными мягким тканям живых организмов. Поэтому гидрогели могут использоваться для адресной доставки лекарств, 3D-биопечати и в качестве суперабсорбирующих материалов в средствах личной гигиены для детей и взрослых, в медицинских изделиях.
Разработаны pH-чувствительные гидрогели на основе хитозана – природного биосовместимого и биоразлагаемого полимера. Разработанная стратегия и простая лабораторная технология синтеза позволяют настраивать баланс ионных и ковалентных сшивок между кросс-линкером и хитозаном, что влияет на молекулярное строение гидрогелей. Это дает возможность регулировать набухаемость этих гидрогелей при различных pH, а следовательно, осуществлять pH-контролируемую адресную доставку лекарств в различных участках ЖКТ. В Институте получены гидрогели, состоящие из взаимопроникающих сетей хитозана и синтетических полимеров с многообещающими реологическими свойствами для экструзионной 3D-биопечати.
В стенах Института проведена успешная разработка методов модификации природных соединений с целью получения реакционноспособных синтонов для последующего выхода на их основе к новым гибридным молекулам. Это открывает перспективы создания фармпрепаратов с улучшенными свойствами.
Привлекательность дитерпенового алкалоида (ДА) лаппаконитина (ЛК) как объекта химических трансформаций вызвана его доступностью, наличием у него ценных фармакологических свойств (противовоспалительных, анальгезирующих, противоопухолевых, антиаритмических, местноанестезирующих, спазмолитических, психотропных, антидотных к аконитину и др.), возможностью улучшить и расширить спектр его фармакологической активности.
В лаборатории Биоорганической химии и катализа под руководством академика РАН Марата Юнусова предложена инъекционная форма антиаритмического средства на основе монохлоргидрата дезацетиллаппаконитина (ДАЛ·НСl). Разработан способ получения монохлоргидрата в кристаллической форме. Концентрации ДАЛ·НСl, эффективно ингибирующие Na+ — каналы приблизительно в 20 раз меньше, чем таковые для широко используемого в медицинской практике Аллапинина (гидробромид лаппаконитина). ДАЛ·НСl не только активен в значительно меньших концентрациях, но также и менее токсичен, чем Аллапинин, с меньшими побочными эффектами и, что немаловажно, превосходит Аллапинин по быстроте развития антиаритмического эффекта, обладает хорошей растворимостью в воде. В отличие от Аллапинина ДАЛ·НСl ингибирует не только Na+, но и K+ каналы, что позволяет отнести его к наиболее востребованному 3-му классу антиаритмиков. Эти данные представляются достаточно важными, что позволяет полагать: в случае его применения в клинике спектр побочных эффектов ДАЛ·НСl будет существенно меньше, чем у Аллапинина.
Для установления научного сотрудничества приводим контакты Уфимского института химии УФИЦ РАН:450054, Республика Башкортостан,г. Уфа, проспект Октября, 69.
На открывающем фото: в процессе изготовления электродов для литий-серных аккумуляторов Елена Карасева (к.х.н., доц., заведующая лаборатории Электрохимии УфИХ УФИЦ РАН) и Алена Ионина (младший научный сотрудник и аспирант лаборатории Электрохимии УфИХ УФИЦ РАН).