eng
Выпуск #2/2011
Рассказывает профессор физического и химического факультетов Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова, Генеральный директор Центра перспективных технологий И.Яминский
Самое главное в нанотехнологиях – люди
Самое главное в нанотехнологиях – люди
Просмотры: 2555
Рассказывает генеральный директор научно-производственного предприятия "Центр перспективных технологий", доктор физ.-мат. наук, профессор И.Яминский
Игорь Владимирович Яминский, выпускник физического факультета МГУ, доктор физико-математических наук, профессор МГУ им. М.В.Ломоносова, автор многочисленных публикаций и монографий по зондовой и атомно-силовой микроскопии, организатор и научный руководитель ряда малых инновационных предприятий, специализирующихся в сфере развития сканирующей зондовой микроскопии и сопутствующих направлений.
Игорь Владимирович Яминский, выпускник физического факультета МГУ, доктор физико-математических наук, профессор МГУ им. М.В.Ломоносова, автор многочисленных публикаций и монографий по зондовой и атомно-силовой микроскопии, организатор и научный руководитель ряда малых инновационных предприятий, специализирующихся в сфере развития сканирующей зондовой микроскопии и сопутствующих направлений.
Уважаемый Игорь Владимирович, как возникла у вас идея заняться зондовой микроскопией?
В 1985 году на физфаке МГУ я защитил кандидатскую диссертацию: "Радиоскопия полярных газов методом регистрации статической поляризации". Созданная уникальная установка позволила измерить дипольные моменты линейных молекул, адсорбированных на поверхности, и имела важное значение для фундаментальной науки. После защиты я решил заняться новым направлением, представляющим большой практический интерес.
В это время я узнал о новом методе, с помощью которого удается видеть отдельные атомы и молекулы, и понял, что надо заниматься именно этим направлением – сканирующей туннельной микроскопией. Весной 1987 года я встретил доктора физико-математических наук Владимира Панова, ведущего научного сотрудника кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ, который уже сделал первый в России туннельный микроскоп. Я предложил построить коммерческий вариант такого микроскопа, В.Панов полностью одобрил идею, и уже в октябре 1987 года у нас была новая модель туннельного микроскопа.
Это было время удивительного душевного подъема: много идей и огромное желание сделать что-то конкретное. Многие вопросы приходилось решать самым неожиданным образом. Так основание для пьезоманипулятора мы сделали из ситалла, материала, из которого на заводе в Лыткарино изготавливали пятиметровые линзы больших телескопов. Коэффициент теплового расширения такого материала близок к нулю, а значит можно обеспечить минимальный температурный дрейф механики микроскопа. С помощью нашего сканирующего туннельного микроскопа Скан-7 29 декабря 1987 года мы увидели атомы решетки Cu (111).
С 1987 по 1992 год мы выпустили 35 таких приборов, причем достаточно быстро туннельный микроскоп был перестроен в атомно-силовой микроскоп (АСМ). Приборы хорошо покупались исследовательскими институтами и вузами России. В 1992 году, однако, стало понятно, что успех проекта зависит от макроэкономической ситуации в стране: начались тяжелые времена российской жизни 90-х годов. А мы одновременно начали разработку нового микроскопа с принципиально новыми подходами и решениями. К счастью мы получили поддержку от международного научного фонда, Министерства науки и технологий Германии, Королевской академии наук Швеции. Было трудно, но мы интенсивно и много трудились. В результате в 1997 году был изготовлен СЗМ ФемтоСкан – модель на новой элементной базе с цифровой обратной связью и с новой механикой (фемто – это 10-15 м – тот предел, который дает хороший и правильный СЗМ). Через два года нам удалось сделать то, что теперь кажется простым – был создан СЗМ с полным интернет-управлением.
Работая фактически с 1987 года в рамках маленькой команды, мы прошли через многое. Мы работали в Центре научно-технического творчества молодежи, кооперативе, совместном предприятии. Сразу после принятия в августе 1990 года соответствующего закона, мы создали малое научно-производственное предприятие "Центр перспективных технологий". Уже 12 сентября 1990 года соответствующие документы были утверждены в райисполкоме Совета народных депутатов Центрального административного округа Москвы.
Все работы велись и сейчас ведутся Центром совместно с Московским государственным университетом им. М.В.Ломоносова. Нам удалось построить достаточно эффективное взаимно выгодное сотрудничество. Огромная удача, что я преподаю и читаю лекции на физическом факультете, имею постоянные научные контакты со студентами и аспирантами химического и биологического факультетов. Как следствие, на наших микроскопах молодые ученые выполняют свои курсовые и дипломные работы, диссертации, причем исследования, проводимые в компании, являются естественным продолжением их научной деятельности. Постоянный приток молодых кадров, их идей – главная и основная движущая сила нашего инновационного развития.
То есть кадровой проблемы у Центра перспективных технологий нет?
К нам постоянно приходят очень сильные студенты. Сначала, поступая в МГУ, они проходят достаточно жесткий отбор, потом учатся и получают серьезные знания. Например – Ольга Синицына закончила с красным дипломом факультет наук о материалах. На пятом курсе пришла к нам в группу делать дипломную работу по зондовой микроскопии углеродных материалов. Уровень подготовки и полученные знания позволили ей за полгода сделать прекрасное исследование. Перед защитой диплома в журнале "Успехи химии" у нее вышла обзорная статья по зондовой микроскопии графита. Как отметили в редакции журнала, это был второй случай, когда студент подготовил большой и серьезный научный обзор, достойный к опубликованию в этом престижном журнале. Сейчас О.Синицына – председатель научно-технического совета Центра перспективных технологий, в значительной степени определяет политику научных работ коллектива. Александр Филонов пришел на кафедру на третьем курсе. Еще в восьмом классе он увлекся программированием и пронес это увлечение через школу, колмогоровский интернат №18 и физфак МГУ. Когда он пришел на наше предприятие – "Центр перспективных технологий", ему была поставлена трудная задача. Есть механика со сложной электроникой – надо придумать и реализовать эффективные алгоритмы управления прибором и обработки данных. То есть создать интеллектуальную надстройку, "мозги" прибора. Как я потом много раз убеждался, чем тяжелее и интереснее была задача, тем глубже в нее погружался Александр и тем быстрее ее решал. И уже через полгода была работающая программа – ФемтоСкан Онлайн. Через год, поскольку она совместима практически с любым СЗМ, программу стали покупать в Америке, Англии, Франции, Германии.
Какие компании входят в вашу структуру?
Сегодня в нашей структуре работают три компании – «Центр перспективных технологий», «Академия биосенсоров» и «Старт инноваций».
Надо сказать, нас активно поддержал Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, возглавляемый И.М.Бортником. Помимо финансовой поддержки от фонда очень важны были беседы с Иваном Михайловичем, его вопросы и беседы по развитию инновационного бизнеса. Такие дискуссии помогли создать реальную инновационную компанию. За это я благодарен Ивану Михайловичу и многократно выражал ему свою признательность, в том числе, через ваш журнал.
В 2004 году фонд объявил о реализации новой программы по поддержке практически значимых идей в области высоких технологий. Мы подали заявки на конкурс. Одна заключалась в том, чтобы использовать атомно-силовую микроскопию для создания биосенсоров, поскольку высокую чувствительность АСМ можно применить для выявления сверхмалых количеств биологических веществ. Победил в конкурсе Глеб Киселев, который был тогда студентом четвертого курса. Возникла мысль, что новое направление следует реализовывать на новом предприятии. В результате была организована "Академия биосенсоров", в которой сформировалась молодая команда, занимающаяся развитием атомных весов и других сенсорных приложений. В 2007 году на конкурсе русских инноваций она получила первую премию журнала "Эксперт", стала победителем многих выставок, участником ряда федеральных целевых программ (ФЦП). Несколько дней назад ею выигран лот, в соответствии с которым она будет создавать на основе АСМ высокочувствительные биосенсоры для медицины. По сути дела, это будет начало пути в реальную медицину.
В 2004 году после победы в программе Фонда Бортника была создана еще одна наша компания – "Старт инноваций". Когда наш микроскоп стал работать через Интернет, пришла мысль: а почему бы также не управлять всей электроникой жилых помещений? Идея была реализована. В частности, корпус МГУ, где мы работаем, оснащен электронными системами управления этой компании (охранные системы, видеонаблюдение, доступ персонала). Позднее компания переквалифицировалась на создание ПО для моделирования зон радиопокрытия мобильных сетей и ее годовой оборот составляет около 100 млн. руб.
В прошлом году оборот "материнской" компании ООО НПП «Центр перспективных технологий» составил 27 млн. руб. ООО НПП "Центр перспективных технологий" – основной инвестор и акционер компании ЗАО "Центр перспективных технологий", созданной 10 марта 2010 года в рамках совместного с РОСНАНО проекта. Ее уставной капитал на настоящий момент – 181 млн. руб.
В каких направлениях проводятся исследования в Центре перспективных технологий?
Исследования проводятся студентами и аспирантами с разных факультетов МГУ. Значительное число таких специалистов с различной, но всегда высокой базовой подготовкой обеспечивает синтез физики, химии и биологии. Реализованные на ФемтоСкане проекты – это результат постоянного научного поиска. Главный наш интерес – биология и медицина. Физика же стала инструментом, позволяющим изучать сложные биологические системы. Скорее всего, нанотехнологии не удастся открыть новых законов физики, но мы сумеем понять, как устроены многие чрезвычайно сложные системы. В самом деле, Нобелевские премии по биологии в этом и прошлом десятилетии часто получали физики, поскольку физика все более становилась аналитическим методом для изучения сложных систем. Биология – это очень обширная и бурно развивающаяся область знаний. И здесь работа ведется нами в постоянном контакте со многими ведущими биологическими центрами, в том числе с биологическим факультетом МГУ, НИИФХБ им А.Н.Белозерского, Институтом общей реаниматологии РАМН, Институтом биоорганической химии РАН.
Например, сегодня актуальны приборы экспресс-анализа для достаточно быстрого определения патогенов в биологических жидкостях: антигенов, вирусных частиц, бактериальных клеток. Выбор пал на атомные весы. Фактически уже сейчас существует возможность зарегистрировать одну белковую молекулу. Это достигаемая чувствительность для измерений в жидкости. Если же измерения проводить на воздухе или в вакууме, можно зарегистрировать массу одного атома. Появляется новый класс атомных масс спектрометров сверхминиатюрного исполнения.
Как это реализуется на практике?
С точки зрения теории здесь, как вообще в нанотехнологиях, новых фундаментальных идей практически нет. Например, для взвешивания берется очень маленькая пружинка, сравнимая с размером атома. Другой вопрос – где взять такую пружинку? Идеально подходит нанотрубка диаметром 2 нм и длиной 50 мкм, совершающая тепловые колебания на резонансной частоте. Если на кончик такой трубки попадает атом, резонансная частота меняется. Это похоже на обычные пружинные весы, только измерительный элемент в миллиарды раз меньше. Сложности начинаются при практической реализации – как зафиксировать нанотрубку, как измерить ее колебания, как прикрепить белковую молекулу к нанотрубке, как правильно сконструировать ячейку, чтобы поток жидкости был ламинарным, как точно поддерживать температуру и т. д.
Ведет ли Центр перспективных технологий работы в области наноэлектроники?
Такие работы ведутся в Центре весьма активно. Начались они достаточно парадоксальным образом. Мы обнаружили с помощью сканирующей резистивной микроскопии, что отдельные террасы на поверхности графита имеют разное сопротивление, и оно может меняться на несколько порядков. В какой-то момент, приложив достаточно большое для зондовой микроскопии напряжение (несколько В), мы обнаружили, что на поверхности графита появляются диэлектрические области. Таким образом, была нарисована полоска толщиной в 10 нм, не проводящая электрический ток. Удалось разобраться, что происходит локальная литография с нанометровой точностью, растет оксид графита. В объеме графита формируется слой диэлектрика. Это – шаг к новой углеродной электроники, когда на одном и том же материале можно создавать проводники и диэлектрики. Точность такой литографии – доли нанометров. Можно рисовать дорожки, делать транзисторы минимальных размеров, и микроскоп ФемтоСкан превращается в нанолитограф.
По такой технологии можно формировать активные структуры, в частности – полевой транзистор. Точность зависит от зонда, но при его толщине в несколько нанометров можно рисовать дорожку в 1 нм, а это восемь атомов поверхностной решетки графита.
Насколько активно ваша деятельность поддерживается ГК Роснано?
Мы попали в число 49 организаций, поддержанных РОСНАНО. Конкурс был невероятно сложный, подано более двух тысяч заявок. РОСНАНО стало нашим инвестором. Через пять лет все деньги должны быть возвращены с процентами – в нашем случае это 13,5% годовых. Сейчас получено 50 млн. руб. На следующем этапе будет еще 60 млн. руб. Условия достаточно жесткие, однако мы пошли на них сознательно, потому что поняли – пора от маленькой компании идти к большой, а для этого нужно обладать не лабораторными возможностями, а современным серийным производством механики, электроники и программного обеспечения.
Путь эволюционного развития без внешнего инвестирования – продал прибор, заработал денег, построил новый прибор, накопил денег, купил станок, сделал много приборов, еще подкопил денег, построил здание, и т. д. – история не на один год. Чтобы быстро, а лучше очень быстро перейти на принципиально новый уровень, нужны инвестиции. В России в банке их получить можно только под материальные залоги, а особенность РОСНАНО – готовность учитывать интеллектуальную собственность. Ее нам оценили в 96 млн. руб., это часть нашего вклада. Одновременно надо было показать реальные деньги, мы вложили 30 млн. руб. После этого РОСНАНО перечислило первый транш. Эти деньги лежат на специальном счете и жестко контролируются. Мы можем их тратить только по полному согласованию с РОСНАНО. Все акции нашего предприятия, как и все наше оборудование и интеллектуальная собственность заложены в РОСНАНО. В принципе это обычная практика любого инвестора – обезопасить свои инвестиции. Мы относимся к этому спокойно, поскольку имеется четкая задача, которую необходимо выполнить. Такой подход позитивен. Есть задачи – есть решения. И мы работаем.
Что получится в результате реализации проекта?
Главная задача – построить высокотехнологическое производство с замкнутым циклом. По нашему плану мы должны изготовить 12 микроскопов в 2011 году, 28 – в 2012 году, через пять лет должны производить 296 приборов. Это микроскопы и аналитическое оборудование: атомные весы, оптические регистраторы для наблюдения с точностью до нанометра за положением точечного источника света в модификациях оптического микроскопа, программное обеспечение для трехмерной визуализации данных. Одновременно мы ведем работы по переводу нашего зондового микроскопа в платформу для молекулярного экспресс-анализа, что должно позволить обнаруживать следовые количества белков, ДНК, вирусов в биологических жидкостях.
Мы уже создали маленькое мелкосерийное производство в Москве. Там стоит полностью автоматизированный фрезерный центр Hurco – большой трехтонный аппарат с плавным перемещением фрезы с точностью до 100 нм. Половина всех деталей микроскопа сейчас делается на этом станке. Теперь надо решить проблему с различными видами металлообработки: токарной, электроэрозионной, листовой, лазерной резкой и т. п.
Насколько реально производить в России прецизионную механику, необходимую для столь точных приборов?
Мы никогда не прибегали к услугам сторонних организаций – просто не смогли найти таких партнеров. Представляется, в России никто не предоставляет такую услугу – по чертежам заказчика изготовить детали с микронной точностью. Надо все делать самим. Нам в этом везло. Находились люди, которые могут это делать. Сначала у нас работал Валентин Александрович Андропов – универсальный специалист, много лет проработавший в Центральном конструкторском бюро машиностроения (фирма Челомея в Реутово). Мне удалось привлечь его к сотрудничеству, и с 1995 года он участвовал в создании первых механических систем микроскопа ФемтоСкан. Другой высококлассный специалист – наш золотой фонд – Александр Николаевич Прохоров, токарь шестого разряда. Он из тех специалистов, которому ставишь задачу – сделать так, чтобы подвижная часть ходила без перекосов, а точность составляла несколько нанометров. Он смотрит на чертеж, задает вопросы, потом делает по-своему и гораздо лучше. Для специалиста такого уровня он еще молодой – ему всего 63 года.
А ученики у него есть?
Нет. Это сложная проблема, и, боюсь, такого уровня и умения специалистов больше не будет. С этим мы смирились и перешли на осознании новых реалий. Нужны новые технологии, новые обрабатывающие центры, новые специалисты Современный токарь – его мы называем «нанотокарь» – это программист высокого уровня, создающий трехмерные модели. Функция токаря-фрезеровщика – поставить деталь в обрабатывающий центр и правильно зажать ее в тиски, сделать правильную привязку инструмента. Станок сам берет по очереди фрезы, сверла, и на выходе получается готовая деталь.
Организацией фрезерной обработки у нас занимается кандидат физ.-мат. наук Глеб Киселев. Он и идеолог, и программист, может быть и оператором станка. Сделанные на станке детали относят А.Н.Прохорову, который, как правило, дает простые, но действенные рекомендации.
Совместно с РОСНАНО мы запускаем образовательную программу «нанотокарь». Сегодня число опытных токарей и фрезеровщиков по сравнению со временами СССР стало действительно "нано". Этих людей надо ценить.
Одновременно надо решать вопросы подготовки новых специалистов в области металлообработки, современного материаловедения. Хочу заметить, что работа на современном обрабатывающем центре – увлекательное и интересное занятие и молодые ребята занимаются им с большим интересом. Новые люди и новые подходы. А на выходе – механика субмикронной и нанометровой точности.
Где будет создаваться новое предприятие?
Рассматриваются два варианта – строить его вблизи МГУ как интегрированную в университет структуру или взять строительную площадку в Ярославской области. Там и земля дешевая, и люди хорошие. Нам ведь не надо много работников, поскольку производство будет полностью автоматизировано. Мы предполагаем купить там 100 га земли сельхозназначения, примерно за 1 млн. руб. Сначала планируем разбить яблоневый сад. Пока деревья растут, приносят первые яблоки, мы переведем один гектар в промзону и построим завод. Он будет находиться в экологически чистом месте. При современных технологиях строительство происходит быстро и легко. Как только встает вопрос землеотвода, подключения к электричеству, газу и т. д., конечно, начинается невероятная бюрократия. Это может убить проект. Но зато, представляете: в радиусе 10 км – ни одного бюрократа!
Кроме того нас приглашают в Германию, в Мюнстер (земля Северный Рейн – Вестфалия). Этот регион уже объявлен землей нанотехнологии. Нам предлагается начать с комнаты площадью в 20 кв. м. Арендная ставка гораздо ниже, чем в Москве. В нашем распоряжении будет полный объем услуг: энергоснабжение, уборка, телефония, конференцзал, Интернет. По мере необходимости можно расширяться. В перспективе – приобретение земли. После ее покупки всю разрешительную документацию делает администрация центра. Очень четко прописаны протоколы вхождения. Там уже работают Sony, Nikon, General Electric, китайские компании.
Вы согласились?
Конечно. Чтобы микроскопы успешно продавались в Европе, там нужен филиал. В Германии уже функционирует наш европейский дистрибьютор, компания "Бионаноскопия". Она будет продавать наши микроскопы, атомные весы, ПО и все аксессуары.
В чем уникальность и конкурентные преимущества создаваемого компанией оборудования?
Основное преимущество СЗМ ФемтоСкан – очень компактная и стабильная механика. В результате обеспечиваются стабильность параметров, предельное разрешение, малый температурный дрейф. Микроскоп можно ставить на обычный стол. Чтобы смотреть атомы и молекулы, не требуется никакая сейсморазвязка, кроме маленького пассивного фильтра.
Другое преимущество – простой интуитивный интерфейс. Можно работать в простом режиме в контактной моде, однако могут использоваться и сложные режимы для изучения магнитных и электрических полей, литографических процессов. Всего реализовано более 50 различных режимов. Мы сравнивали наше ПО для обработки данных с очень хорошим ПО SPIP компании Image Metrology. Чтобы сделать одни и те же операции в SPIP в среднем надо кликать мышью 4–5 раз, у нас 2–3.
Кстати, по мнению американских создателей зондовых микроскопов, механику может сделать практически любой. В частности, ее хорошо делают китайцы. Электроника – уже более сложная вещь. И совсем мало кто способен создать качественное ПО. Эта пирамида в России перевернута. У нас проще всего создать программный продукт, поскольку компания-производитель ПО ни от кого не зависит, кроме как от своих специалистов. Одно из решающих достоинств нашей компании – это программное обеспечение, по сути, "мозги" микроскопа.
С электроникой в России все более-менее понятно. Покупаются лучшие американские компоненты, чтобы обеспечить оптимальные параметры. В России всегда были сильные схемотехники. К сожалению, как и токари, эти люди стареют, и найти им смену непросто. Основная проблема у нас с механикой – мы не можем размещать заказы на стороне. Трудно получить необходимое самое высокое качество.
Что является основным продуктом ЦПТ – микроскопы или исследования?
25% работ Центра перспективных технологий – НИР, 75% – поступающая на рынки продукция: зондовые микроскопы, атомные весы, ПО. Теперь между ООО "НПП "Центр перспективных технологий" и ЗАО "Центр перспективных технологий" возникает четкое распределение. Вся производственная деятельность будет сконцентрирована в ЗАО. Научная активность, так же как и создание новых приборов и прототипов останется в ООО.
Наше оборудование можно использовать не только для проведения научных исследований, но и для экспресс-анализа в биологии и медицине. Очевидно, что такое оборудование и методы должны быть ориентированы на малоподготовленного пользователя. Это будет достаточно простой микроскоп, работающий в нескольких режимах. Например, он позволит определять качество эритроцитов. Кровь из пальца наносится на подложку, отправляется в зондовый микроскоп, проводится полный морфологический анализ состояния эритроцитов, разные формы которых говорят о состоянии человека. Например, можно получить ответ на вопрос, можно ли вообще давать выписанное врачом лекарство индивиду, чтобы не происходила нежелательная реакция со стороны клеток крови.
Этому и должна служить новая модификация зондового микроскопа для биологии и медицины. В таком направлении мы активно работаем с Фондом «Сколково», и пока наш проект получает одобрение. Мы также стараемся попасть с новыми приборами в российскую медицину, большая беда которой – практически полное отсутствие отечественной аппаратуры. А это вопрос здоровья людей и национальной безопасности.
Ваши микроскопы продаются больше в Европе или в России?
Основные продажи у нас в России. За рубежом они единичны. Вместе с тем ПО продается по всему миру. Оно востребовано и высоко ценится. Кстати и продавать его проще. Не требуется таможенного оформления, только банковский и налоговый контроль.
В развитых странах достаточно много микроскопов. Мы должны выходить с новыми методами, поэтому мы предлагаем атомные весы, которых практически нет на европейском и американском рынках. Хорошо продается ПО, поскольку оно обеспечивает широкие пользовательские функции. Сейчас серьезно рассматривается возможность представления в индустриально развитые страны новой продукции: оптических регистраторов, приборов биологического экспресс-анализа на основе зондовых микроскопов, атомных весов. Очень интенсивно изучаем развивающиеся в этом отношении страны: Гонконг, Китай. У нас есть активные дистрибьюторы в Иране, Саудовской Аравии, Индии.
Наш прибор превосходит изделия из развитых стран по полной функциональности, интегральности ПО, по цене и технической поддержке, которую мы можем оказывать, образовательному аспекту.
Сейчас, например, в Гонконге есть интерес к недорогим, но полнофункциональным образовательным зондовым микроскопам. В мире существуют, разумеется, дешевые микроскопы, но в них используется совершенно другой принцип: вольфрамовая иголочка и нет кантилевера. Однако, наше глубокое убеждение – учить надо на микроскопах того типа, какими они являются в коммерческом плане.
Мы по-прежнему рассматриваем российский рынок как стратегический, но настроены также на активное вхождение в зарубежные рынки. У нас были проблемы с технологическим исполнением, с дизайном изделия. Сейчас эти вопросы успешно решаются. Большую помощь в распространении наших микроскопов в России оказывают наши партнеры – компания "Карл Цейс".
Какую роль будет играть Россия в современном мире нанотехнологий?
Сила российских ученых всегда была в фундаментальной науке. Слабость – в технологии. Последние 10 лет предпринимаются попытки преодолеть этот разрыв. Наша компания идет этим путем. Конечно, нужны абсолютно новые технологии и культура производства. Для этого требуются целеустремленность и большая творческая энергия.
Самое главное в нанотехнологиях – люди, готовые работать по 16 часов в сутки и получающие от этого удовольствие, и создающие в результате упорного труда современные устройства, приборы, технологии, методы. Нанотехнология – во многом сфера интеллектуальная. Во главе угла – образование людей, их стремления и воля. Когда я смотрю на студентов МГУ 3–5 курсов, которые потом становятся аспирантами, я абсолютно уверен, что у российской нанотехнологии – фантастическое будущее.
Спасибо за очень интересную и содержательную беседу. Пожелаем вашему коллективу успехов во всех реализуемых проектах.
С И.Яминским беседовали В.Фокин и И.Шахнович
В 1985 году на физфаке МГУ я защитил кандидатскую диссертацию: "Радиоскопия полярных газов методом регистрации статической поляризации". Созданная уникальная установка позволила измерить дипольные моменты линейных молекул, адсорбированных на поверхности, и имела важное значение для фундаментальной науки. После защиты я решил заняться новым направлением, представляющим большой практический интерес.
В это время я узнал о новом методе, с помощью которого удается видеть отдельные атомы и молекулы, и понял, что надо заниматься именно этим направлением – сканирующей туннельной микроскопией. Весной 1987 года я встретил доктора физико-математических наук Владимира Панова, ведущего научного сотрудника кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ, который уже сделал первый в России туннельный микроскоп. Я предложил построить коммерческий вариант такого микроскопа, В.Панов полностью одобрил идею, и уже в октябре 1987 года у нас была новая модель туннельного микроскопа.
Это было время удивительного душевного подъема: много идей и огромное желание сделать что-то конкретное. Многие вопросы приходилось решать самым неожиданным образом. Так основание для пьезоманипулятора мы сделали из ситалла, материала, из которого на заводе в Лыткарино изготавливали пятиметровые линзы больших телескопов. Коэффициент теплового расширения такого материала близок к нулю, а значит можно обеспечить минимальный температурный дрейф механики микроскопа. С помощью нашего сканирующего туннельного микроскопа Скан-7 29 декабря 1987 года мы увидели атомы решетки Cu (111).
С 1987 по 1992 год мы выпустили 35 таких приборов, причем достаточно быстро туннельный микроскоп был перестроен в атомно-силовой микроскоп (АСМ). Приборы хорошо покупались исследовательскими институтами и вузами России. В 1992 году, однако, стало понятно, что успех проекта зависит от макроэкономической ситуации в стране: начались тяжелые времена российской жизни 90-х годов. А мы одновременно начали разработку нового микроскопа с принципиально новыми подходами и решениями. К счастью мы получили поддержку от международного научного фонда, Министерства науки и технологий Германии, Королевской академии наук Швеции. Было трудно, но мы интенсивно и много трудились. В результате в 1997 году был изготовлен СЗМ ФемтоСкан – модель на новой элементной базе с цифровой обратной связью и с новой механикой (фемто – это 10-15 м – тот предел, который дает хороший и правильный СЗМ). Через два года нам удалось сделать то, что теперь кажется простым – был создан СЗМ с полным интернет-управлением.
Работая фактически с 1987 года в рамках маленькой команды, мы прошли через многое. Мы работали в Центре научно-технического творчества молодежи, кооперативе, совместном предприятии. Сразу после принятия в августе 1990 года соответствующего закона, мы создали малое научно-производственное предприятие "Центр перспективных технологий". Уже 12 сентября 1990 года соответствующие документы были утверждены в райисполкоме Совета народных депутатов Центрального административного округа Москвы.
Все работы велись и сейчас ведутся Центром совместно с Московским государственным университетом им. М.В.Ломоносова. Нам удалось построить достаточно эффективное взаимно выгодное сотрудничество. Огромная удача, что я преподаю и читаю лекции на физическом факультете, имею постоянные научные контакты со студентами и аспирантами химического и биологического факультетов. Как следствие, на наших микроскопах молодые ученые выполняют свои курсовые и дипломные работы, диссертации, причем исследования, проводимые в компании, являются естественным продолжением их научной деятельности. Постоянный приток молодых кадров, их идей – главная и основная движущая сила нашего инновационного развития.
То есть кадровой проблемы у Центра перспективных технологий нет?
К нам постоянно приходят очень сильные студенты. Сначала, поступая в МГУ, они проходят достаточно жесткий отбор, потом учатся и получают серьезные знания. Например – Ольга Синицына закончила с красным дипломом факультет наук о материалах. На пятом курсе пришла к нам в группу делать дипломную работу по зондовой микроскопии углеродных материалов. Уровень подготовки и полученные знания позволили ей за полгода сделать прекрасное исследование. Перед защитой диплома в журнале "Успехи химии" у нее вышла обзорная статья по зондовой микроскопии графита. Как отметили в редакции журнала, это был второй случай, когда студент подготовил большой и серьезный научный обзор, достойный к опубликованию в этом престижном журнале. Сейчас О.Синицына – председатель научно-технического совета Центра перспективных технологий, в значительной степени определяет политику научных работ коллектива. Александр Филонов пришел на кафедру на третьем курсе. Еще в восьмом классе он увлекся программированием и пронес это увлечение через школу, колмогоровский интернат №18 и физфак МГУ. Когда он пришел на наше предприятие – "Центр перспективных технологий", ему была поставлена трудная задача. Есть механика со сложной электроникой – надо придумать и реализовать эффективные алгоритмы управления прибором и обработки данных. То есть создать интеллектуальную надстройку, "мозги" прибора. Как я потом много раз убеждался, чем тяжелее и интереснее была задача, тем глубже в нее погружался Александр и тем быстрее ее решал. И уже через полгода была работающая программа – ФемтоСкан Онлайн. Через год, поскольку она совместима практически с любым СЗМ, программу стали покупать в Америке, Англии, Франции, Германии.
Какие компании входят в вашу структуру?
Сегодня в нашей структуре работают три компании – «Центр перспективных технологий», «Академия биосенсоров» и «Старт инноваций».
Надо сказать, нас активно поддержал Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, возглавляемый И.М.Бортником. Помимо финансовой поддержки от фонда очень важны были беседы с Иваном Михайловичем, его вопросы и беседы по развитию инновационного бизнеса. Такие дискуссии помогли создать реальную инновационную компанию. За это я благодарен Ивану Михайловичу и многократно выражал ему свою признательность, в том числе, через ваш журнал.
В 2004 году фонд объявил о реализации новой программы по поддержке практически значимых идей в области высоких технологий. Мы подали заявки на конкурс. Одна заключалась в том, чтобы использовать атомно-силовую микроскопию для создания биосенсоров, поскольку высокую чувствительность АСМ можно применить для выявления сверхмалых количеств биологических веществ. Победил в конкурсе Глеб Киселев, который был тогда студентом четвертого курса. Возникла мысль, что новое направление следует реализовывать на новом предприятии. В результате была организована "Академия биосенсоров", в которой сформировалась молодая команда, занимающаяся развитием атомных весов и других сенсорных приложений. В 2007 году на конкурсе русских инноваций она получила первую премию журнала "Эксперт", стала победителем многих выставок, участником ряда федеральных целевых программ (ФЦП). Несколько дней назад ею выигран лот, в соответствии с которым она будет создавать на основе АСМ высокочувствительные биосенсоры для медицины. По сути дела, это будет начало пути в реальную медицину.
В 2004 году после победы в программе Фонда Бортника была создана еще одна наша компания – "Старт инноваций". Когда наш микроскоп стал работать через Интернет, пришла мысль: а почему бы также не управлять всей электроникой жилых помещений? Идея была реализована. В частности, корпус МГУ, где мы работаем, оснащен электронными системами управления этой компании (охранные системы, видеонаблюдение, доступ персонала). Позднее компания переквалифицировалась на создание ПО для моделирования зон радиопокрытия мобильных сетей и ее годовой оборот составляет около 100 млн. руб.
В прошлом году оборот "материнской" компании ООО НПП «Центр перспективных технологий» составил 27 млн. руб. ООО НПП "Центр перспективных технологий" – основной инвестор и акционер компании ЗАО "Центр перспективных технологий", созданной 10 марта 2010 года в рамках совместного с РОСНАНО проекта. Ее уставной капитал на настоящий момент – 181 млн. руб.
В каких направлениях проводятся исследования в Центре перспективных технологий?
Исследования проводятся студентами и аспирантами с разных факультетов МГУ. Значительное число таких специалистов с различной, но всегда высокой базовой подготовкой обеспечивает синтез физики, химии и биологии. Реализованные на ФемтоСкане проекты – это результат постоянного научного поиска. Главный наш интерес – биология и медицина. Физика же стала инструментом, позволяющим изучать сложные биологические системы. Скорее всего, нанотехнологии не удастся открыть новых законов физики, но мы сумеем понять, как устроены многие чрезвычайно сложные системы. В самом деле, Нобелевские премии по биологии в этом и прошлом десятилетии часто получали физики, поскольку физика все более становилась аналитическим методом для изучения сложных систем. Биология – это очень обширная и бурно развивающаяся область знаний. И здесь работа ведется нами в постоянном контакте со многими ведущими биологическими центрами, в том числе с биологическим факультетом МГУ, НИИФХБ им А.Н.Белозерского, Институтом общей реаниматологии РАМН, Институтом биоорганической химии РАН.
Например, сегодня актуальны приборы экспресс-анализа для достаточно быстрого определения патогенов в биологических жидкостях: антигенов, вирусных частиц, бактериальных клеток. Выбор пал на атомные весы. Фактически уже сейчас существует возможность зарегистрировать одну белковую молекулу. Это достигаемая чувствительность для измерений в жидкости. Если же измерения проводить на воздухе или в вакууме, можно зарегистрировать массу одного атома. Появляется новый класс атомных масс спектрометров сверхминиатюрного исполнения.
Как это реализуется на практике?
С точки зрения теории здесь, как вообще в нанотехнологиях, новых фундаментальных идей практически нет. Например, для взвешивания берется очень маленькая пружинка, сравнимая с размером атома. Другой вопрос – где взять такую пружинку? Идеально подходит нанотрубка диаметром 2 нм и длиной 50 мкм, совершающая тепловые колебания на резонансной частоте. Если на кончик такой трубки попадает атом, резонансная частота меняется. Это похоже на обычные пружинные весы, только измерительный элемент в миллиарды раз меньше. Сложности начинаются при практической реализации – как зафиксировать нанотрубку, как измерить ее колебания, как прикрепить белковую молекулу к нанотрубке, как правильно сконструировать ячейку, чтобы поток жидкости был ламинарным, как точно поддерживать температуру и т. д.
Ведет ли Центр перспективных технологий работы в области наноэлектроники?
Такие работы ведутся в Центре весьма активно. Начались они достаточно парадоксальным образом. Мы обнаружили с помощью сканирующей резистивной микроскопии, что отдельные террасы на поверхности графита имеют разное сопротивление, и оно может меняться на несколько порядков. В какой-то момент, приложив достаточно большое для зондовой микроскопии напряжение (несколько В), мы обнаружили, что на поверхности графита появляются диэлектрические области. Таким образом, была нарисована полоска толщиной в 10 нм, не проводящая электрический ток. Удалось разобраться, что происходит локальная литография с нанометровой точностью, растет оксид графита. В объеме графита формируется слой диэлектрика. Это – шаг к новой углеродной электроники, когда на одном и том же материале можно создавать проводники и диэлектрики. Точность такой литографии – доли нанометров. Можно рисовать дорожки, делать транзисторы минимальных размеров, и микроскоп ФемтоСкан превращается в нанолитограф.
По такой технологии можно формировать активные структуры, в частности – полевой транзистор. Точность зависит от зонда, но при его толщине в несколько нанометров можно рисовать дорожку в 1 нм, а это восемь атомов поверхностной решетки графита.
Насколько активно ваша деятельность поддерживается ГК Роснано?
Мы попали в число 49 организаций, поддержанных РОСНАНО. Конкурс был невероятно сложный, подано более двух тысяч заявок. РОСНАНО стало нашим инвестором. Через пять лет все деньги должны быть возвращены с процентами – в нашем случае это 13,5% годовых. Сейчас получено 50 млн. руб. На следующем этапе будет еще 60 млн. руб. Условия достаточно жесткие, однако мы пошли на них сознательно, потому что поняли – пора от маленькой компании идти к большой, а для этого нужно обладать не лабораторными возможностями, а современным серийным производством механики, электроники и программного обеспечения.
Путь эволюционного развития без внешнего инвестирования – продал прибор, заработал денег, построил новый прибор, накопил денег, купил станок, сделал много приборов, еще подкопил денег, построил здание, и т. д. – история не на один год. Чтобы быстро, а лучше очень быстро перейти на принципиально новый уровень, нужны инвестиции. В России в банке их получить можно только под материальные залоги, а особенность РОСНАНО – готовность учитывать интеллектуальную собственность. Ее нам оценили в 96 млн. руб., это часть нашего вклада. Одновременно надо было показать реальные деньги, мы вложили 30 млн. руб. После этого РОСНАНО перечислило первый транш. Эти деньги лежат на специальном счете и жестко контролируются. Мы можем их тратить только по полному согласованию с РОСНАНО. Все акции нашего предприятия, как и все наше оборудование и интеллектуальная собственность заложены в РОСНАНО. В принципе это обычная практика любого инвестора – обезопасить свои инвестиции. Мы относимся к этому спокойно, поскольку имеется четкая задача, которую необходимо выполнить. Такой подход позитивен. Есть задачи – есть решения. И мы работаем.
Что получится в результате реализации проекта?
Главная задача – построить высокотехнологическое производство с замкнутым циклом. По нашему плану мы должны изготовить 12 микроскопов в 2011 году, 28 – в 2012 году, через пять лет должны производить 296 приборов. Это микроскопы и аналитическое оборудование: атомные весы, оптические регистраторы для наблюдения с точностью до нанометра за положением точечного источника света в модификациях оптического микроскопа, программное обеспечение для трехмерной визуализации данных. Одновременно мы ведем работы по переводу нашего зондового микроскопа в платформу для молекулярного экспресс-анализа, что должно позволить обнаруживать следовые количества белков, ДНК, вирусов в биологических жидкостях.
Мы уже создали маленькое мелкосерийное производство в Москве. Там стоит полностью автоматизированный фрезерный центр Hurco – большой трехтонный аппарат с плавным перемещением фрезы с точностью до 100 нм. Половина всех деталей микроскопа сейчас делается на этом станке. Теперь надо решить проблему с различными видами металлообработки: токарной, электроэрозионной, листовой, лазерной резкой и т. п.
Насколько реально производить в России прецизионную механику, необходимую для столь точных приборов?
Мы никогда не прибегали к услугам сторонних организаций – просто не смогли найти таких партнеров. Представляется, в России никто не предоставляет такую услугу – по чертежам заказчика изготовить детали с микронной точностью. Надо все делать самим. Нам в этом везло. Находились люди, которые могут это делать. Сначала у нас работал Валентин Александрович Андропов – универсальный специалист, много лет проработавший в Центральном конструкторском бюро машиностроения (фирма Челомея в Реутово). Мне удалось привлечь его к сотрудничеству, и с 1995 года он участвовал в создании первых механических систем микроскопа ФемтоСкан. Другой высококлассный специалист – наш золотой фонд – Александр Николаевич Прохоров, токарь шестого разряда. Он из тех специалистов, которому ставишь задачу – сделать так, чтобы подвижная часть ходила без перекосов, а точность составляла несколько нанометров. Он смотрит на чертеж, задает вопросы, потом делает по-своему и гораздо лучше. Для специалиста такого уровня он еще молодой – ему всего 63 года.
А ученики у него есть?
Нет. Это сложная проблема, и, боюсь, такого уровня и умения специалистов больше не будет. С этим мы смирились и перешли на осознании новых реалий. Нужны новые технологии, новые обрабатывающие центры, новые специалисты Современный токарь – его мы называем «нанотокарь» – это программист высокого уровня, создающий трехмерные модели. Функция токаря-фрезеровщика – поставить деталь в обрабатывающий центр и правильно зажать ее в тиски, сделать правильную привязку инструмента. Станок сам берет по очереди фрезы, сверла, и на выходе получается готовая деталь.
Организацией фрезерной обработки у нас занимается кандидат физ.-мат. наук Глеб Киселев. Он и идеолог, и программист, может быть и оператором станка. Сделанные на станке детали относят А.Н.Прохорову, который, как правило, дает простые, но действенные рекомендации.
Совместно с РОСНАНО мы запускаем образовательную программу «нанотокарь». Сегодня число опытных токарей и фрезеровщиков по сравнению со временами СССР стало действительно "нано". Этих людей надо ценить.
Одновременно надо решать вопросы подготовки новых специалистов в области металлообработки, современного материаловедения. Хочу заметить, что работа на современном обрабатывающем центре – увлекательное и интересное занятие и молодые ребята занимаются им с большим интересом. Новые люди и новые подходы. А на выходе – механика субмикронной и нанометровой точности.
Где будет создаваться новое предприятие?
Рассматриваются два варианта – строить его вблизи МГУ как интегрированную в университет структуру или взять строительную площадку в Ярославской области. Там и земля дешевая, и люди хорошие. Нам ведь не надо много работников, поскольку производство будет полностью автоматизировано. Мы предполагаем купить там 100 га земли сельхозназначения, примерно за 1 млн. руб. Сначала планируем разбить яблоневый сад. Пока деревья растут, приносят первые яблоки, мы переведем один гектар в промзону и построим завод. Он будет находиться в экологически чистом месте. При современных технологиях строительство происходит быстро и легко. Как только встает вопрос землеотвода, подключения к электричеству, газу и т. д., конечно, начинается невероятная бюрократия. Это может убить проект. Но зато, представляете: в радиусе 10 км – ни одного бюрократа!
Кроме того нас приглашают в Германию, в Мюнстер (земля Северный Рейн – Вестфалия). Этот регион уже объявлен землей нанотехнологии. Нам предлагается начать с комнаты площадью в 20 кв. м. Арендная ставка гораздо ниже, чем в Москве. В нашем распоряжении будет полный объем услуг: энергоснабжение, уборка, телефония, конференцзал, Интернет. По мере необходимости можно расширяться. В перспективе – приобретение земли. После ее покупки всю разрешительную документацию делает администрация центра. Очень четко прописаны протоколы вхождения. Там уже работают Sony, Nikon, General Electric, китайские компании.
Вы согласились?
Конечно. Чтобы микроскопы успешно продавались в Европе, там нужен филиал. В Германии уже функционирует наш европейский дистрибьютор, компания "Бионаноскопия". Она будет продавать наши микроскопы, атомные весы, ПО и все аксессуары.
В чем уникальность и конкурентные преимущества создаваемого компанией оборудования?
Основное преимущество СЗМ ФемтоСкан – очень компактная и стабильная механика. В результате обеспечиваются стабильность параметров, предельное разрешение, малый температурный дрейф. Микроскоп можно ставить на обычный стол. Чтобы смотреть атомы и молекулы, не требуется никакая сейсморазвязка, кроме маленького пассивного фильтра.
Другое преимущество – простой интуитивный интерфейс. Можно работать в простом режиме в контактной моде, однако могут использоваться и сложные режимы для изучения магнитных и электрических полей, литографических процессов. Всего реализовано более 50 различных режимов. Мы сравнивали наше ПО для обработки данных с очень хорошим ПО SPIP компании Image Metrology. Чтобы сделать одни и те же операции в SPIP в среднем надо кликать мышью 4–5 раз, у нас 2–3.
Кстати, по мнению американских создателей зондовых микроскопов, механику может сделать практически любой. В частности, ее хорошо делают китайцы. Электроника – уже более сложная вещь. И совсем мало кто способен создать качественное ПО. Эта пирамида в России перевернута. У нас проще всего создать программный продукт, поскольку компания-производитель ПО ни от кого не зависит, кроме как от своих специалистов. Одно из решающих достоинств нашей компании – это программное обеспечение, по сути, "мозги" микроскопа.
С электроникой в России все более-менее понятно. Покупаются лучшие американские компоненты, чтобы обеспечить оптимальные параметры. В России всегда были сильные схемотехники. К сожалению, как и токари, эти люди стареют, и найти им смену непросто. Основная проблема у нас с механикой – мы не можем размещать заказы на стороне. Трудно получить необходимое самое высокое качество.
Что является основным продуктом ЦПТ – микроскопы или исследования?
25% работ Центра перспективных технологий – НИР, 75% – поступающая на рынки продукция: зондовые микроскопы, атомные весы, ПО. Теперь между ООО "НПП "Центр перспективных технологий" и ЗАО "Центр перспективных технологий" возникает четкое распределение. Вся производственная деятельность будет сконцентрирована в ЗАО. Научная активность, так же как и создание новых приборов и прототипов останется в ООО.
Наше оборудование можно использовать не только для проведения научных исследований, но и для экспресс-анализа в биологии и медицине. Очевидно, что такое оборудование и методы должны быть ориентированы на малоподготовленного пользователя. Это будет достаточно простой микроскоп, работающий в нескольких режимах. Например, он позволит определять качество эритроцитов. Кровь из пальца наносится на подложку, отправляется в зондовый микроскоп, проводится полный морфологический анализ состояния эритроцитов, разные формы которых говорят о состоянии человека. Например, можно получить ответ на вопрос, можно ли вообще давать выписанное врачом лекарство индивиду, чтобы не происходила нежелательная реакция со стороны клеток крови.
Этому и должна служить новая модификация зондового микроскопа для биологии и медицины. В таком направлении мы активно работаем с Фондом «Сколково», и пока наш проект получает одобрение. Мы также стараемся попасть с новыми приборами в российскую медицину, большая беда которой – практически полное отсутствие отечественной аппаратуры. А это вопрос здоровья людей и национальной безопасности.
Ваши микроскопы продаются больше в Европе или в России?
Основные продажи у нас в России. За рубежом они единичны. Вместе с тем ПО продается по всему миру. Оно востребовано и высоко ценится. Кстати и продавать его проще. Не требуется таможенного оформления, только банковский и налоговый контроль.
В развитых странах достаточно много микроскопов. Мы должны выходить с новыми методами, поэтому мы предлагаем атомные весы, которых практически нет на европейском и американском рынках. Хорошо продается ПО, поскольку оно обеспечивает широкие пользовательские функции. Сейчас серьезно рассматривается возможность представления в индустриально развитые страны новой продукции: оптических регистраторов, приборов биологического экспресс-анализа на основе зондовых микроскопов, атомных весов. Очень интенсивно изучаем развивающиеся в этом отношении страны: Гонконг, Китай. У нас есть активные дистрибьюторы в Иране, Саудовской Аравии, Индии.
Наш прибор превосходит изделия из развитых стран по полной функциональности, интегральности ПО, по цене и технической поддержке, которую мы можем оказывать, образовательному аспекту.
Сейчас, например, в Гонконге есть интерес к недорогим, но полнофункциональным образовательным зондовым микроскопам. В мире существуют, разумеется, дешевые микроскопы, но в них используется совершенно другой принцип: вольфрамовая иголочка и нет кантилевера. Однако, наше глубокое убеждение – учить надо на микроскопах того типа, какими они являются в коммерческом плане.
Мы по-прежнему рассматриваем российский рынок как стратегический, но настроены также на активное вхождение в зарубежные рынки. У нас были проблемы с технологическим исполнением, с дизайном изделия. Сейчас эти вопросы успешно решаются. Большую помощь в распространении наших микроскопов в России оказывают наши партнеры – компания "Карл Цейс".
Какую роль будет играть Россия в современном мире нанотехнологий?
Сила российских ученых всегда была в фундаментальной науке. Слабость – в технологии. Последние 10 лет предпринимаются попытки преодолеть этот разрыв. Наша компания идет этим путем. Конечно, нужны абсолютно новые технологии и культура производства. Для этого требуются целеустремленность и большая творческая энергия.
Самое главное в нанотехнологиях – люди, готовые работать по 16 часов в сутки и получающие от этого удовольствие, и создающие в результате упорного труда современные устройства, приборы, технологии, методы. Нанотехнология – во многом сфера интеллектуальная. Во главе угла – образование людей, их стремления и воля. Когда я смотрю на студентов МГУ 3–5 курсов, которые потом становятся аспирантами, я абсолютно уверен, что у российской нанотехнологии – фантастическое будущее.
Спасибо за очень интересную и содержательную беседу. Пожелаем вашему коллективу успехов во всех реализуемых проектах.
С И.Яминским беседовали В.Фокин и И.Шахнович
Отзывы читателей
