Действующий
Материалы, стимулирующие регенеративные процессы при трансплантации и регулирующие клеточную активность и дифференцировку в организме.
Ожидаемые результаты: изделия нового поколения из многокомпонентных биосовместимых материалов для кардиологии, онкологии, ортопедии, травматологии, стоматологии и других областей медицины, включая импланты на металлической, керамической и полимерной основе с биоактивными покрытиями для тканевой и костной имплантации, биорезорбируемые матрицы, а также гибридные скаффолды, кишечные и кардиологические стенты, высокоэффективные антисептические перевязочные материалы и др.
Контактные устройства для взаимодействия клеток с искусственными системами, для замещения функций поврежденных органов.
Интегрированные электронные управляющие устройства для восстановления поврежденных функций и мониторинга текущего состояния организма, в т.ч. в удаленном режиме.
Ожидаемые результаты: методы и аппаратно-программные комплексы для диагностики и лечения, основанные на технологиях направленного действия электромагнитных полей, высокоэнергизированных излучений, электродинамическое моделирование клеток и тканей; новые интерфейсы для регистрации и коррекции состояния организма; лабораторные протоколы применения электродинамических методов и методов лучевой терапии.
База данных и база знаний клинико-ассоциированных одиночных и множественных нуклеотидных полиморфизмов, генов и генных сетей, влияющих на эффективность фармакотерапии.
Образцы аппаратно-программных комплексов и лабораторные протоколы применения реагентов для полногеномного секвенирования ДНК, анализа протеомных, транскрипционных и эпигенетических профилей человека.
Ожидаемые результаты: национальные базы данных геномной информации; сеть центров прикладных геномных исследований; банк данных потенциальных биомишеней.
В последние годы нанотехнологии становятся все доступнее и с экономической, и с технической точки зрения: появилась возможность моделировать, осуществлять и контролировать процессы, происходящие на наноуровне. Развитие данной области стимулирует растущий спрос на новые материалы, обусловленный, с одной стороны, истощением сырьевых ресурсов, а с другой - активным внедрением нанотехнологий в производстве товаров с принципиально новыми свойствами.
Первых заметных эффектов, прежде всего в сфере наноэлектроники, фотоники, нанобиотехнологий, медицинских товаров и оборудования, нейроэлектронных интерфейсов, наноэлектромеханических систем, можно ожидать уже в ближайшие пять лет. Самыми значимыми прорывами следующего десятилетия могут стать молекулярное производство макроскопических объектов ("настольные нанофабрики"), развитие атомного дизайна. Конвергенция нано-, инфо-, био- и когнитивных технологий в перспективе сможет послужить залогом повышения продолжительности активной стадии жизни человека.
Большие ожидания связаны с созданием гибридных структур, сочетающих органические фрагменты с неорганическими, а живые ткани - с синтетическими компонентами; развитием нанокомпозитов; математическим моделированием свойств наноматериалов. Последние будут играть заметную роль и в решении экологических проблем, составляя ядро современных сенсорных систем, средств водоочистки, процессов разделения и многих направлений "зеленой" химии. На них основан ряд новых лекарственных препаратов, средств их адресной доставки, а также технологий оперативной диагностики живых организмов.
Перспективы развития данного приоритетного направления определяют следующие вызовы: повышение экологических требований к производству; угроза негативного воздействия нанопродуктов на здоровье и безопасность человека; угроза неконтролируемого распространения продуктов, производимых с использованием нанотехнологий; глобальный дефицит энергоресурсов и сырья для производства новых материалов; распространение новых загрязняющих веществ (в т.ч. наночастиц) в окружающей среде.
Развитие приоритетного направления в средне- и долгосрочной перспективе определяется следующими окнами возможностей:
экономические и социальные: интеллектуализация производства; интеллектуализация потребления; индивидуализация потребления; рост спроса на новые материалы в связи с истощением ресурсов сырья; рост потребности в хранении, обработке и передаче больших объемов данных, в т.ч. под действием закона Мура; улучшение массогабаритных характеристик элементов транспортных средств и инфраструктуры; рост потребности в увеличении срока активной жизни человека; увеличение объемов использования возобновляемых источников энергии; переход к персонализированной медицине; необходимость переработки промышленных и бытовых отходов, в т.ч. для вторичного использования; рост потребности в визуализации; ускоренное освоение труднодоступных мест (океан, скважины, космическое пространство);
экологические: ужесточение требований безопасности зданий и сооружений, потребительских товаров, транспорта, объектов инфраструктуры, производственных процессов; повышение экологических требований к зданиям и сооружениям, к продуктам питания, к потребительским товарам, к экологичности транспортных средств, к отходам; истощение запасов пресной воды;
научно-технологические: развитие технологий компьютерного моделирования материалов и процессов; разработка интеллектуальных и настраиваемых конструкционных материалов; распространение технологий производства на основе молекулярной самосборки; разработка новых типов легких материалов (в первую очередь композиционных); перспективных биомиметических материалов и материалов медицинского назначения; развитие превентивной медицины; разработка материалов, обладающих повышенной прочностью; функциональных покрытий и слоистых материалов; перспективных материалов, обеспечивающих защиту конструкций; перспективных материалов для энергетики и электротехники; создание новых типов наноразмерных катализаторов для глубокой переработки сырья; разработка перспективных преобразователей солнечной энергии в электрическую; оптических материалов для светотехники; создание новых типов магнитных материалов; наноструктурированных мембранных материалов; сенсорных материалов; новых перспективных методов диагностики материалов.
Угрозы для России в указанной сфере: дефицит современного научного и промышленного оборудования для разработки и производства нанопродуктов и новых материалов; барьеры для импорта технологий и материалов; отсутствие качественного отечественного сырья для изготовления нанопродукции; дефицит высококвалифицированных кадров; острая конкуренция со стороны зарубежных производителей; необходимость значительных инвестиций в организацию массового производства для достижения эффекта масштаба.
Изменение сложившегося облика экономики и общества во многом связывают с широким распространением новых материалов и нанотехнологий в производственных процессах и секторе услуг. В кратко- и долгосрочном периоде основной сферой применения достижений наноиндустрии станет электроника. Функциональные наноматериалы будут использоваться практически во всей компьютерной и радиоэлектронной технике и в подавляющем большинстве видов бытовой техники. В долгосрочном периоде расширится применение новых материалов в автомобильной и авиакосмической отраслях, судостроении, пищевой промышленности, строительном комплексе. Значительные объемы рынков будут сочетаться с высокими темпами роста в сфере производства оборудования для добывающей и обрабатывающей промышленности, фармацевтики и производства медицинского оборудования, электроэнергетики.
Основные группы инновационных продуктов и услуг: топливные элементы, катализаторы для получения инновационных энергоносителей; наноструктурированные материалы для химических источников тока; сенсоры для анализа состава различных сред; датчики физических величин на основе наноматериалов; системы доставки лекарств; наноструктурированные биосовместимые материалы; новые типы легких и высокопрочных материалов; термостойкие наноструктурированные композиционные, керамические и металлические материалы; наноструктурированные композиционные и керамические материалы и покрытия с особыми термическими свойствами (теплопроводящие, терморегулирующие); наноструктурированные антикоррозионные покрытия; наноструктурированные антифрикционные и адгезивные материалы; наноструктурированные гидрофобные материалы; радиационностойкие и радиозащитные наноструктурированные композиционные материалы и покрытия; наноструктурированные композиционные материалы с особыми оптическими свойствами (фотонные кристаллы); солнечные батареи нового поколения; излучатели (в т.ч. лазеры и органические светодиоды) на основе наногетероструктур; композиционные, керамические материалы и нанофлюидика с особыми магнитными свойствами; элементы электроники на основе графена, фуллеренов, углеродных нанотрубок, квантовых точек; элементы электроники на базе мемристоров; наноструктурированные композиционные материалы с особыми электропроводящими свойствами, включая сверхпроводящие материалы; нано- и микроробототехнические системы; наноструктурированные материалы с эффектом памяти формы и "самозалечивающиеся" материалы; наноструктурированные материалы и реагенты для процессов водоочистки (водоподготовки, переработки пищевого сырья); газоразделительные мембранные наноматериалы; молекулярная самосборка и самоорганизация наномеханических систем.
Уровень российских исследований в сфере нанотехнологий и новых материалов оценивается достаточно высоко, в частности, в таких областях, как разработка наноразмерных катализаторов для глубокой переработки сырья и создание наноструктурированных мембранных материалов. Однако существуют и "белые пятна" - области, в которых результаты проводимых в стране исследований пока недостаточны (например, разработка конструкционных материалов для энергетики).
Ожидаемые результаты: градиентные покрытия на основе нанокомпозитов с эффективной защитой узлов и агрегатов от внешних факторов; композиционные интерметаллидные наноструктурированные покрытия для защиты конструкций в экстремальных условиях; углеволокнистые композиты с керамической матрицей на основе высокопрочных, высокомодульных нитей с пониженной массой и повышенной термостабильностью для производства элементов конструкции самолетов, ракет и космических станций; конструкционные материалы нового поколения с новой архитектурой и свойствами, в первую очередь механическими: повышенной прочностью, пластичностью, твердостью, трещиностойкостью, сопротивлением усталости и др.; функциональные материалы нового поколения с новыми свойствами (оптическими, транспортными, излучательными и др.), обусловленными наличием структурных элементов наномасштабных размеров; многоядерные процессоры на основе фотонных нанопереключателей, повышающие пропускную способность внутричиповых соединений при снижении энергопотребления; солнечные батареи, преобразующие до 90% световой энергии в электрическую, батареи, использующие инфракрасный диапазон и коротковолновую область солнечного спектра; новые материалы для альтернативных источников электроэнергии на основе нанотехнологий; сверхмощные керамические магниты для изготовления высокоэффективного электроэнергетического оборудования и его компонентов и др.
2. Гибридные материалы, конвергентные технологии, биомиметические материалы и материалы медицинского назначения:
Ожидаемые результаты: костные импланты на основе биорезорбируемых нанокерамик и биокомпозитов, поставляющие материал для достраивания живых тканей организма, заполнения костных дефектов и др.; создаваемые с использованием биосовместимых нанокомпозитов на основе нанопористых соединений средства направленной доставки лекарств и воздействия на онкологические новообразования; нанокомпозиты на основе плазмидных ДНК и интерферирующих РНК для направленной доставки генетического материала; устройства для прямого считывания последовательности нуклеотидов, изготовленные с использованием наноструктурированной поверхности.