Реализация инновационных Наукчно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) осуществляется в рамках высокотехнологичных предприятий, входящих в кластер «Инновационно-промышленный комплекс «Светлана» (ИПК «Светлана»).

 

Финансирование комплексных работ инновационного развития осуществляется из средств Госбюджета: при выполнении соответствующих мероприятий Федеральных целевых программ; а также средств инвесторов и собственных средств предприятий кластера ИПК Светлана».

ИСТОЧНИКИ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ИНТРАОПЕРАЦИОННОЙ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ – НОВОЕ ИННОВАЦИОННОЕ НАПРАВЛЕНИЕ МЕДИЦИНСКОЙ ТЕХНИКИ В РАМКАХ СТРАТЕГИЧЕСКОГО ПАРТНЕРСТВА ПАО «СВЕТЛАНА» И СПБГЭТУ («ЛЭТИ»)

Реализация инновационных Наукчно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) осуществляется в рамках высокотехнологичных предприятий, входящих в кластер «Инновационно-промышленный комплекс «Светлана» (ИПК «Светлана»).

 

Финансирование комплексных работ инновационного развития осуществляется из средств Госбюджета: при выполнении соответствующих мероприятий Федеральных целевых программ; а также средств инвесторов и собственных средств предприятий кластера ИПК Светлана».

Разработки инновационной медицинской техники (в области брахитерапии, портативных дентальных аппаратов и др.) осуществляется совместно СПбГЭТУ («ЛЭТИ») и ПАО «Светлана» с использованием острофокусных рентгеновских трубок разработки АО «Светлана – Рентген». СПбГЭТУ («ЛЭТИ») – головной разработчик рентгеновских аппаратов нового поколения; ПАО «Светлана»: разработчик и изготовитель рентгеновских трубок нового типа; соисполнитель СПбГЭТУ («ЛЭТИ») при разработке рентгеновской аппаратуры; индустриальный партнер СПбГЭТУ («ЛЭТИ») в части освоения продукции в производстве и промышленном выпуске продукции.

 

Рентгеновское излучение широко используется в медицинской практике, в том числе для целей лучевой терапии, а также в процессе хирургических операций. Рентгеновское излучение с энергией до 50 кэВ практически полностью поглощается слоем биологической ткани толщиной 10-15 мм. Этого вполне достаточно, чтобы, не меняя положения источника излучения, целиком облучить опухоль малого или среднего размера с одной стороны или, перемещая источник излучения, – крупную опухоль. Такое низкоэнергетическое излучение не окажет воздействия на опухоль внутренних органов при внешнем воздействии на пациента, так как поглотится кожей, мышцами и костями грудной клетки. Поэтому важной задачей явилась разработка рентгеновского аппарата на напряжение до 50 кВ, конструкция которого позволит приблизить источник рентгеновского изучения - фокусное пятно рентгеновской трубки непосредственно к опухоли, а также разработка методики его применения для целей лучевой терапии в ходе хирургической операции.

Методика интраоперационной лучевой терапии (ИЛТ) предполагает подведение в процессе операции низкоэнергетического (до 50 кэВ) рентгеновского излучения непосредственно к опухоли через естественные физиологические отверстия в теле пациента или специальный прокол. Энергия излучения и размеры поля облучения выбираются из условия: облучение опухоли необходимой дозой при одном или нескольких положениях источника и практически полное отсутствие облучения окружающих здоровых тканей.

Для реализации методики разработан специализированный рентгеновский аппарат моноблочного типа на основе модернизированной рентгеновской трубки производства АО «Светлана – Рентген» 0,15БТМ2-50.

В отличие от трубок традиционной конструкции – с расположенной внутри вакуумного баллона мишенью эта трубка имеет вынесенную из баллона на длинной и тонкой анодной трубе вольфрамовую мишень прострельного типа. Наличие встроенной системы жидкостного охлаждения обеспечивает мощность на аноде трубки до 150 Вт, что сокращает время терапевтического сеанса до 30 ÷ 45 сек.

Малые диаметр и длина анодной трубы с кожухом 16 и 300 мм, соответственно, позволяют при терапии рака легкого ввести через межреберный прокол в грудную клетку пациента выносной анод и расположить мишень рентгеновской трубки на необходимом расстоянии от опухоли. Трубка вместе с высоковольтным источником питания располагается в одном корпусе - моноблоке рентгеновского аппарата. Выбор и установка режимов работы трубки осуществляются с помощью специального микропроцессорного пульта управления. Индикация режимов работы аппарата, включая время облучения, а также результаты самодиагностики отображаются на крупноформатном дисплее пульта.

Предусмотрен вывод всей перечисленной информации на экран внешнего персонального компьютера посредством стандартного интерфейса RS-845, а также режим управления аппаратом от этого компьютера. Связь между моноблоком и пультом управления осуществляется по низковольтному кабелю.

Для формирования поля облучения на анодную трубу надевается специально сконструированный свинцовый аппликатор цилиндрической формы. Аппликатор ограничивает угол раствора пучка излучения, генерируемого рентгеновской трубки. Для контроля расстояния между мишенью анода трубки и облучаемой поверхностью разработан специальный измеритель расстояния на основе лазерного дальнометрического модуля, соединенного с двумя оптоволоконными световодами (излучающим и приемным).

Результаты измерений также выводятся на дисплей пульта управления. Таким образом, заданные угол раствора и расстояние от торца мишени до поверхности опухоли позволяют обеспечить необходимые для конкретной терапевтической процедуры размеры поля облучения.

Однако рентгеновское излучение невидимо для человеческого глаза. Для визуального контроля поля облучения сконструировано специальное устройство на основе светодиода с зелёным цветом свечения. Светодиод крепится у торца прострельной мишени. Размеры излучающей поверхности светодиода соответствуют размерам фокусного пятна. Поэтому размеры светового поля на поверхности опухоли, ограниченного тем же аппликатором, который формирует рабочий поток рентгеновского излучения, полностью соответствуют размерам поля рентгеновского облучения.

БИОХИМИЧЕСКИЕ И МИКРОФЛЮИДНЫЕ МИКРОЧИПЫ

Варианты биохимических микрочипов, выпускаемых АО «Светлана-Электронприбор»

АО «Светлана-Электронприбор» осуществляет исследования, разработки и промышленный выпуск различных типов микрочипов.

В настоящее время общепринятыми методами расшифровки генетических кодов (определение последовательности нуклеотидного состава ДНК и РНК) являются матричные и микрофлюидные методы.

Матричные методы представляют собой полимеразную цепную реакцию (ПЦР), состоящую из нескольких десятков повторяющихся актов удвоения количества интересующих фрагментов ДНК. Удвоение происходит в результате ферментативного синтеза комплементарной нити ДНК в условиях циклического изменения температуры (нагрев–охлаждение) реакционной смеси, при котором происходит управление физико-химическими процессами в растворе.

Данный метод реализуется в микрочиповых амплификаторах нуклеиновых кислот, основным структурным элементом которых является биохимический микрочип – миниатюрное устройство с планарным расположением микрореакторов на кремниевой подложке, выполненное по технологии МЭМС. Использование кремния обусловлено хорошей теплопроводностью этого материала, за счет чего достигаются высокие скорости нагрева и охлаждения реакционной смеси в ходе проведения ПЦР. Площадь такого микрочипа составляет несколько квадратных сантиметров, а линейные размеры микроструктур (микрореакторов) находятся в пределах от сотен нанометров до сотен микрон.

Каждый микрочип предназначен для выполнения одновременно от 20 до 48 анализов (в зависимости от конфигурации микрочипа) и используется однократно. Скорость анализа позволяет использовать до 2-3 микрочипов в час, в зависимости от наличия специализированных систем пробоподготовки, согласованных с микрочиповыми тест-системами.

Технологический процесс изготовления биохимического микрочипа состоит из унифицированных операций, применяемых в производстве интегральных схем на кремниевых пластинах. В основе микрофлюидного метода лежит работа с очень короткими фрагментами цепочек ДНК, что повышает достоверность получаемых результатов за реальное время. После стадий пробоподготовки и амплификации (клонирования) выделенного фрагмента начинается собственно процесс идентификации последовательности, называемый секвенированием.

В АО «Светлана-Электронприбор» освоена технология изготовления устройств для проведения ПЦР (амплификации) в реальном времени, а также проточных ячеек для секвенаторов 2-го и 3-го поколений. Устройства представляют собой герметичные ансамбли из кремниевых и стеклянных профилированных пластин. Для их изготовления используются все современные технологии: «сухая» и жидкостная химия, изотропное и анизотропное травление, тонкопленочная и толстопленочная металлизация, плазмохимические методы получения диэлектриков, электроэрозионная прошивка отверстий и электростатическое соединение деталей.

 

Области применения биохимических микрофлюидных микрочипов:

• службы контроля качества пищевых продуктов, таможенного контроля и обеспечения биологической безопасности, обнаружение генно-модифицированных источников (ГМИ) в пищевых продуктах и сырье;

• клинико-диагностические и ветеринарные лаборатории – количественное определение содержания патогенных микроорганизмов;

• вирусологические и бактериологические диагностические центры – количественное определение содержания условно-патогенных микроорганизмов;

• онкологические клиники – выявление наследственной предрасположенности к онкологическим заболеваниям, обнаружение ВПЧ (вируса папилломы человека) высокого онкогенного риска и пр.;

• КВД – диагностика уро-генитальных инфекций, обнаружение ВПЧ высокого онкогенного риска;

• станции переливания крови – скрининг донорской крови;

• криминалистические лаборатории – идентификация личности, установление отцовства;

• криминалистика и медицина – создание баз и выявление особенностей генетических портретов коренных жителей различных регионов;

• молекулярно-генетические центры – неонатальный и др. скрининг, планирование семьи и пр.

 

Перспективы развития

Разработка новых технологий с использованием секвенаторов 4-го и 5-го поколений на основе нанопор, имеющих хорошие перспективы для быстрой и надежной расшифровки (считывания) последовательности всего генома человека. Нанопоры – это технология одномолекулярного зондирования, что сказывается на точности и быстродействии анализа ионов, ДНК, РНК, пептидов, протеинов, лекарств, полимеров и макромолекул.

Сложность реализации данного проекта заключается в том, что диаметр и длина нанопор должны быть несколько больше размера и расстояния между основаниями ДНК (0,34 нм), что может быть получено с помощью прецизионной тонкопленочной технологии и пористого кремния. Кроме того, в нанопоровой технологии секвенирования должны быть сформированы электроды в герметичном исполнении для подачи питания на нанопоры.

Работы ведутся в тесном взаимодействии с сотрудниками «Санкт-Петербургского национального исследовательского Академического университета Российской

академии наук» (СПб АУ РАН), СПб ПУ им. Петра Великого, заказчиками и потребителями: ООО «ГенБит», ФГБУ науки «Институт аналитического приборостроения РАН» и др.

ИННОВАЦИИ/ИННОВАЦИИ

ENG

© 2019 SVETLANA