26 июня 2014, 08:00

А вы что пьете? В УрФУ изобрели уникальный прибор для проверки воды

А вы что пьете? В УрФУ изобрели уникальный прибор для проверки воды
Фото: Дмитрий Горчаков, 66.ru
Аналитический комплекс для определения тяжелых металлов и токсичных элементов, который разработали в университете, поможет улучшить качество воды, почвы и продуктов питания.

Несколько лет усердной работы двадцати специалистов самого разного профиля — от химиков до программистов и дизайнеров, 10 млн рублей инвестиций… На выходе мы получаем уникальный прибор для определения тяжелых металлов даже в самых малых количествах. Пока в университете готов только опытный образец, но уже к августу планируют наладить серийный выпуск прибора. Самый очевидный (но не единственный) способ его применения — контроль качества воды.

На стыке химии, физики и IT

Уникальная разработка — это детище Инновационно-внедренческого центра сенсорных технологий при Химико-технологическом институте УрФУ. Назвали его красивым именем, чем-то похожим на имена древнегреческих богов — «Элсенс Эко». На самом деле слово «элсенс» не имеет ничего общего ни с Эосом, ни с Аресом, ни с Гелиосом… Это сокращение от английского термина «electrochemical sensor», то есть электрохимический сенсор, а приставка «эко» обозначает сферу применения сенсора — главным образом это будет контроль качества воды, почвы, пищевых продуктов и продовольственного сырья.

Вообще называть разработку УрФУ прибором не совсем корректно. Это целый аналитический комплекс, в который входит и сам прибор на современной электронной базе, и сенсоры, и специально разработанная компьютерная программа.

«Сам по себе прибор — ничто без сенсора, без разработанной нами методики анализа и без программного управления, — говорит один из разработчиков уникального оборудования Алиса Николаевна Козицина. — Это проект мультидисциплинарный — все разработки велись на стыке физики, электроники, химии и программирования. Над проектом работали не только химики и физики, но и конструкторы, программисты, дизайнеры. Научным сотрудникам пришлось работать в тесном контакте с программистами, чтобы полученные результаты смогла обрабатывать машина, а не человек. Даже дизайнерам, которые отвечали за то, как будет выглядеть прибор, пришлось вникнуть в суть некоторых химических процессов. Например, необходимо было проводить исследование сразу в трех параллелях, а значит — предусмотреть три емкости под анализируемые жидкости. Это была сложная работа, но результат того стоил — мы создали уникальный продукт и в ближайшее время готовы вывести его на рынок».

Особые сенсоры — самое главное отличие прибора, разработанного сотрудниками Уральского федерального университета. Именно эти маленькие — не длиннее спички — полоски, взаимодействуя с разными катализаторами, помогают определить даже самое малое содержание тяжелых металлов в воде и почве. Речь идет о микрограммах, а иногда и о нанограммах — такие концентрации распознать очень сложно.

Похожие по функционалу приборы на рынке до этого момента, конечно, были. Но в российских аналогах использовали опасную ртуть, а зарубежные разработки российским компаниям зачастую были не по карману: стоимость одного прибора подчас превышала 4 млн рублей. Для сравнения, весь комплекс «Элсенс Эко» будет стоить порядка 150–200 тысяч.

Использовать аналитический комплекс в своей работе смогут прежде всего различные лаборатории. Лаборатории при крупных промышленных предприятиях будут отслеживать уровень опасных металлов в промотходах. Лаборатории при Роспотребнадзоре и других контролирующих органах смогут использовать аналитический комплекс для регулярных исследований воды и почвы. В числе потенциальных клиентов также производители косметики, фармацевтические компании, медицинские учреждения и вузы.

Работать должна машина, а не человек

Аналитический комплекс выстроен таким образом, что участие человека в процессе практически исключено.

Все, что нужно сделать оператору, — взять материал на пробу. В нашем случае это вода.

Затем наполнить специальный микродозатор реагентами.

Добавить реагент в воду и ждать результатов от компьютерной программы.

Все остальное сделает компьютер: проанализирует результаты химической реакции и показатели сенсора, а затем выдаст результат на экран.

«Мы ставили перед собой цель — дать экологам понятное и простое средство измерения уровня тяжелых металлов, — говорит Алиса Николаевна. — В результате разработали прибор, простой в обращении, но сложнейший с точки зрения научной начинки».

Общий объем инвестиций в наукоемкий проект только по предварительным оценкам составил около 10 млн рублей. Впрочем, при благоприятном стечении обстоятельств вложения могут окупиться за год. Спрос на уникальный продукт есть, причем не только в России, но и в странах ближнего зарубежья. У университета уже есть заказ от нескольких заводов Екатеринбурга, аналитический комплекс ждут и в Уральском научно-исследовательском институте метрологии.

Алиса Козицина, один из разработчиков:

— Еще лет пять-десять назад в области экомониторинга был период затишья. Предприятия почти никто не контролировал. Сейчас государство вновь обеспокоилось экологическими вопросами, вводятся серьезные штрафные санкции для бизнеса. Крупным компаниям выгоднее проводить регулярный контроль и соблюдать закон, чем платить штрафы.

Впрочем, дело не только в усилившемся госконтроле. Серьезную роль сыграл и тот факт, что научная жизнь в вузе оживилась с развитием Инновационной инфраструктуры. Сотрудники наконец получили возможность реализовать свои проекты не только на бумаге, но и в жизни. «Путь от идеи до реального прибора был долгий и требовал значительной поддержки. Без помощи университета даже самые светлые головы и гениальные идеи мы бы не смогли реализовать в такой короткий срок. Инновационно-внедренческие центры, созданные при УрФУ, структура вообще уникальная для российских вузов. Они появились совсем недавно, но кардинально изменили сам подход к научной работе. Теперь мы можем вести проект от этапа научного исследования и вплоть до создания промышленных образцов. А это уже бизнес-проекты, которые можно монетизировать. Раньше мы о таком и мечтать не могли», — говорит руководитель Инновационно-внедренческого центра сенсорных технологий при химико-технологическом Институте УрФУ Алла Иванова.

Контроль без перерывов и выходных

Прибор «Элсенс Эко» через несколько месяцев уже выйдет на рынок. Но это будет только начало: следующим этапом станет выпуск аналогичных комплексов, но уже с другими приставками — «био», «фарма». Принципиально новые разновидности аналитического комплекса не будут отличаться от своего предшественника: прибор с сенсором будет работать в связке с компьютерной программой. А вот начинка будет изменяться кардинально. Для каждого нового прибора разработаны уникальный сенсор и программное обеспечение.

«Принцип один, а вот методика, программное обеспечение и сенсоры будут меняться в зависимости от того, какие вещества необходимо определить», — объясняют в УрФУ.

По словам ученых, сейчас разрабатывается схожий аналитический комплекс, который сможет определять антиоксидантную активность пищевых продуктов, косметической продукции, биологических объектов. Такой прибор будет широко применяться в медицине. Также есть специальные разработки для фармацевтических и косметических компаний и для контроля качества пищевых продуктов.

Рабочий экземпляр аналитического комплекса «Элсенс Эко» вживую можно будет увидеть на выставке «Иннопром».

Фото: Дмитрий Горчаков, 66.ru