В настоящее время для некоторых современных лекарств необходимо выращивать специфические кристаллы белков, которые сегодня применяются для разработки новых лекарств от таких болезней, как рак и мышечная дистрофия. Проблема заключается в том, что подобные кристаллы не получается выращивать на земле из-за действия гравитации, поэтому сегодня их выращивают на международной космической станции. Но у культивирования кристаллов на станции тоже есть свои недостатки. МКС обладает малым гравитационным полем, постоянно «вибрирует» и находится в вакууме, что мешает верно рассеиваться колебаниям. Ученые Пермского Политеха создали математическую модель, которая позволит подавить вышеперечисленные вредные явления. Данный метод теоретически может быть применен для производства белковых кристаллов.
Исследование опубликовано в высокорейтинговом журнале «Microgravity Science and Technology» 2022 года. Разработка выполнена в рамках Программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030».
В условиях невесомости (в космосе) для течения жидкости, из которой впоследствии выращиваются кристаллы, лучше использовать закрытый сосуд, чтобы жидкость не расплескивалась и находилась в состоянии покоя. Для расчета течения жидкости ученые Пермского Политеха разработали компьютерную модель вакуумной квадратной полости под действием постоянного гравитационного поля.
— Проведя исследование виброгравитационной конвекции — вид теплообмена, при котором внутренняя энергия передается потоками самого вещества, в квадратной полости, мы получили возможность контролировать структуру течения жидкости и задавать ее движение внутри квадрата. Кроме того, разрешается подобрать параметры так, чтобы течение жидкости внутри полости почти остановилось, следовательно, ничего не будет препятствовать выращиванию белковых кристаллов, — сообщил студент кафедры авиационных двигателей Сергей Плотников.
— Прекращение конвекций любого вида позволяет качественно выращивать кристаллы в невесомости с возможностью избежать неоднородности получаемого вещества, — сообщает доцент кафедры прикладной физики Альберт Шарифулин.
Полученные с помощью математического аппарата результаты позволяют остановить движения жидкости в полости, что не препятствует выращиванию белковых кристаллов. Выращивание кристаллов на космической станции в дальнейшем позволит получать современные лекарственные средства.
Работа политехников будет полезна при переносе производства с земли в малый космос, так как при увеличении станции вырастет ее собственное гравитационное поле и вибрация.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.