Когда речь заходит о нанометрах, аудитория нашего канала привычно думает о техпроцессах полупроводниковых фабрик. Но в этой истории нанометры — медицинские: первый отечественный лазерный микроскоп с вертикальным разрешением 0,1 нм прошёл многолетнюю апробацию и готов к практическому применению. Устройство позволяет заглянуть внутрь живой клетки, не разрушая её оболочку, и именно это делает его инструментом для создания лекарств от рака. А для нашей отрасли не менее важно второе назначение: оценка качества топологии интегральных микросхем — параметра, от которого напрямую зависит работоспособность каждого процессора.
Что за устройство
Микроскоп разработан холдингом «Швабе», входящим в госкорпорацию «Ростех». Производство организовано на Уральском оптико-механическом заводе имени Э. С. Яламова — предприятии с многолетним опытом в области прецизионной оптики. Патент на промышленный образец зарегистрирован в Роспатенте ещё в 2015 году, а совокупные инвестиции в создание составили 550 млн рублей, из которых 375 млн — средства федерального бюджета.
Апробацию проводил Национальный медицинский исследовательский центр имени В. А. Алмазова — одно из ведущих медицинских учреждений страны. По словам генерального директора центра Евгения Шляхто, микроскоп находился на испытаниях около двух лет. Результаты признаны успешными: устройство уже применяется для диагностики онкологических и сердечно-сосудистых заболеваний.
Характеристики: в чём уникальность
Оптическое разрешение микроскопа составляет 10–100 нм в боковой (латеральной) плоскости и 0,1 нм по вертикали. Для понимания масштаба: 0,1 нм — это размер одного атома. На таком уровне детализации можно рассмотреть внутреннюю структуру клеточных органелл, мембранные каналы, взаимодействие белковых молекул.
Представитель «Ростеха» заявил «Ведомостям», что по совокупности характеристик аналогов в мире нет. Существующие зарубежные решения, по его словам, проигрывают по одному из двух критериев:
- швейцарский аналог формирует изображение быстрее, но с более низким качеством;
- американский обеспечивает высокое качество, но работает значительно медленнее.
По утверждению разработчика, российский микроскоп объединяет оба преимущества: сверхточное разрешение при приемлемой скорости получения изображений. Независимая верификация этих заявлений пока не проводилась, однако двухлетняя апробация в Центре Алмазова — серьёзный аргумент в пользу работоспособности устройства.
Медицинское применение: как микроскоп помогает в борьбе с раком
Ключевая особенность устройства — способность исследовать живые клетки изнутри, не повреждая клеточную мембрану. Традиционные методы микроскопии требуют фиксации и окрашивания образца, что неизбежно убивает клетку и искажает её структуру. Лазерный микроскоп «Швабе» позволяет наблюдать за процессами в реальном времени, в живой ткани.
Для разработки противоопухолевых препаратов это принципиально. Процедура тестирования выстроена поэтапно:
- Специалисты изучают морфологию раковых клеток — внешнее строение, форму, размер, внутреннюю структуру;
- В биоматериал вводятся микродозы лекарственного препарата;
- Исследуется воздействие вещества на злокачественные образования в реальном времени;
- Определяется минимально допустимый объём препарата для разового введения.
Возможность наблюдать за реакцией живой опухолевой клетки на лекарство — без умерщвления образца — радикально ускоряет процесс отбора перспективных молекул и снижает количество необходимых лабораторных животных на доклинической стадии.
Валерия Тонкошкурова, директор по развитию проектов медицинского направления «Швабе», сообщила, что микроскоп в Центре Алмазова уже используется для диагностики онкологических и сердечно-сосудистых заболеваний, а также для поиска подходов к их лечению.
Второе назначение: контроль качества микросхем
Для читателей нашего канала особый интерес представляет применение микроскопа в микроэлектронике. Устройство способно оценивать качество топологии интегральных микросхем — рисунка транзисторов, металлических дорожек и межслойных переходов, сформированных на кремниевой пластине.
Топология — ключевой параметр эффективности микропроцессора. Малейшие дефекты — смещение слоёв, неровности краёв дорожек, посторонние частицы — приводят к браку или деградации характеристик. Контроль топологии на этапе производства осуществляется с помощью прецизионных измерительных инструментов, и лазерный микроскоп с разрешением 0,1 нм по вертикали вписывается в эту задачу.
Для российских фабрик, работающих на техпроцессах 90–250 нм (таких как «Микрон», «Светлана-Рост», будущий «Карат»), подобный инструмент может оказаться востребованным как для входного контроля пластин, так и для анализа готовых структур. Особенно с учётом того, что доступ к импортному метрологическому оборудованию ограничен санкциями.
Сколько микроскопов существует и можно ли купить
На сегодняшний день изготовлено пять экземпляров. Один прошёл апробацию в Центре Алмазова, остальные четыре проходят испытания в других учреждениях. Каждый последующий экземпляр изготавливается индивидуально, под конкретные требования заказчика. Серийного производства в привычном смысле нет — это штучная высокоточная продукция.
При наличии зарубежного интереса предприятие готово изготовить микроскоп на экспорт, заявила Тонкошкурова. С учётом того, что прямых аналогов, по утверждению разработчика, не существует, экспортный потенциал может оказаться значительным — при условии, что заявленные характеристики будут подтверждены независимой международной экспертизой.
Почему это заслуживает внимания
В потоке новостей о штрафах, переносах сроков и проваленных аукционах, которыми изобилует российская микроэлектронная повестка, история лазерного микроскопа «Швабе» выделяется завершённостью. Устройство не на стадии проектирования, не в фазе «перспективных исследований» и не в очереди на финансирование. Оно прошло многолетнюю апробацию, работает в реальном медицинском учреждении, выпущено в количестве пяти экземпляров и применяется для решения конкретных задач — от онкологической диагностики до контроля качества микросхем.
Для отрасли, привыкшей к отложенным результатам, это редкий пример доведённого до конца проекта. Инвестиции в 550 млн рублей, одиннадцать лет от патента до апробации — и на выходе прибор, который, по заявлению создателей, не имеет прямых мировых аналогов. Насколько это заявление соответствует действительности — вопрос будущих независимых сравнительных тестов. Но сам факт того, что российское оптическое производство способно создавать инструменты субатомного разрешения, — аргумент, который сложно оспорить.