В последние годы аббревиатура ПЦР (полимеразная цепная реакция) прочно вошла в обиход, в языковую практику наших современников. ПЦР постоянно на слуху. Но мало кто догадывается, какое отношение это имеет к «Светлане».
Между тем разработка и выпуск наукоемкой продукции – биочипов, которые являются неотъемлемой компонентной базой для ПЦР- анализаторов, для «Светланы» уже сейчас значима и имеет широкие научно-технические перспективы. Здесь необходимо добавить, что устройства для ПЦР это важный, но частный случай. Биочипы используются в широких пределах: от пищевой промышленности и АПК до генной инженерии, чем и определяется наукоемкость данного направления. И ещё. Наши изделия становятся биочипами, когда их наполняют соответствующими ингредиентами. О развитии этого направления в работе АО «Светлана-Электронприбор» мы беседуем с В.А. Клевцовым, заместителем генерального директора ПАО по научно-техническому развитию.
– Валерий Алексеевич, давайте сначала объясним читателям, что такое ПЦР.
– ПЦР – это метод современной молекулярной биологии, позволяющий добиться значительного увеличения малых концентраций определенных фрагментов нуклеиновой кислоты (ДНК) в биологическом материале (пробе) для последующего анализа. ПЦР широко используется в биологической и медицинской практике: для диагностики наследственных и инфекционных заболеваний, для установления отцовства, клонирования генов, выделения новых генов и других социально значимых целей.
– Как давно ведется на «Светлане» работа в этой сфере?
– В ПАО «Светлана» комплекс работ по разработкам и производственному выпуску комплектующих: биохимических микрочипов для генетических анализаторов проводится в течение последних десяти лет.
– А кто является заказчиками и потребителями наших биочипов?
– Кремниевые биочипы первого поколения, изготавливаемые на «Светлане» по микроэлектронной технологии, нашли широкое применение при проведении ПЦР анализов с помощью аппаратуры, разработанной петербургской фирмой ООО «Люмекс».
Фирма «Люмекс» создавалась на моих глазах. Здесь собралась сильная группа очень квалифицированных специалистов и в области медицинской техники, и в сфере программирования. Очень скоро они увидели, что для их работ удачно подходят микроэлектронные технологии, такие операции как фотолитография, химические процессы. Обратились с предложением о сотрудничестве в АО «Светлана-Полупроводники», попросили сделать пробы. Уже скоро всё стало получаться. Фирма «Люмекс» развернула широкий фронт работ, быстро вышли за рубеж. Перед нами стали ставить новые задачи. С течением времени в качестве потребителя наших биочипов появилось новое предприятие – ООО «ГенБит».
– Техника биологических исследований постоянно развивается, на что несомненно, повлияла пандемия Covida.
– Борьба с пандемией Covid19 дала импульс дальнейшему развитию этого направления – не только с точки зрения научных исследований, но и с точки зрения практического применения новых результатов молекулярной биологии в сфере повышения здоровья и качества жизни россиян.
В связи с этим, наряду с производством кремниевых биохимических чипов в АО «Светлана-Электронприбор» – одном из ведущих дочерних предприятий ПАО «Светлана» была поставлена задача по разработке и изготовлению микрофлюидных аналитических чипов (МФАЧ) для аппаратно-программного комплекса расшифровки последовательности нуклеиновых кислот патогенных микроорганизмов методом массового параллельного секвенирования с целью мониторинга и оценки биологической обстановки в реальном масштабе времени.
– А когда эта тематика была передана в АО «Светлана-Электронприбор»?
– После того как АО «Светлана-Полупроводники» вышло из состава ПАО «Светлана», и новое руководство там закрыло эту тематику, было принято решение продолжить работу в АО «Светлана-Электронприбор». В работе, как и прежде в полупроводниковом производстве, принял активное участие В.С. Гусев, сейчас ведущий специалист АО «Светлана-Электронприбор».
Из полупроводникового производства мы перевезли необходимое оборудование. Оно работает исправно. Взяли и технологию изготовления биочипов, разработанную в полупроводниковом производстве и хорошо отлаженную. С помощью сотрудниц полупроводникового производства обучили здесь инженеров-технологов. Быстро поставили этот техпроцесс и продолжили поставки биочипов.
Важно, что к новой тематике с должным пониманием отнесся А.А. Городничев, заместитель директора АО по твердотельной тематике. Хорошо понимая значение этого направления, он с первых шагов оказывает работе всестороннюю поддержку. С большим интересом, энергично и высокопрофессионально взялись за работу Ю.В. Руденко, начальник ПТО НПК-2 и научный руководитель всех этих работ Александр Дмитриевич Смирнов. Он очень опытный и грамотный специалист. Одним словом, сейчас в АО по этой тематике работает слаженный, увлеченный своим делом коллектив.
После освоения технологии изготовления кремниевых биочипов в АО «Светлана-Электронприбор», началось сотрудничество с новым партнером – Институтом аналитического приборостроения Российской академии наук (ИАП РАН РФ). В этом сотрудничестве оперативно были созданы первые образцы и освоены в производстве многоканальные МФАЧ.
– Какие задачи решались при этом?
– Здесь более сложная технология. Она потребовала решения сложных технологических проблем. Было непросто. Но справились.
– А какие технологии используются для создания матриц с использованием микрофлюидного анализа?
– Устройства представляют собой герметичные ансамбли из кремниевых и стеклянных пластин. Для их изготовления используются все современные технологии: «сухая» и жидкостная химия, изотропное и анизотропное травление, электронная литография, тонкопленочная и толстопленочная металлизация, плазмохимические методы.
Под руководством ведущего инженера Карпича С.С. были разработаны установка для прецизионной прошивки отверстий в стекле методом электроэрозии и установка электростатического соединения кремния со стеклом.
Очень пригодился опыт ведущего инженера Рагузиной Л.С., наработки которой в области 3-D технологии, нашли место и в принципиально новом, мало исследованном направлении.
– Можно ли сказать, что, когда человек делает ПЦР-тест (мазок) на Covid, он встречается с продукцией «Светланы»?
– Не совсем так. Специалисты говорят, что использовать наш микрофлюидный чип для этих целей, это всё равно, что из пушки стрелять по воробьям. Наши МФАЧ предназначены для более серьезных исследований. Это более сложные исследования генома человека. И работа идет успешно.
В 2018 году – I кв. 2019 года были разработаны и изготовлены первые гибридные кремний-стеклянные МФАЧ для реализации реакции амплифиликации в реакционных камерах.
В последующий период (2020 – 2021 гг.) в АО «Светлана-Электронприбор» на основе приоритетной технологии были разработаны МФАЧ нового поколения, которые позволили институту аналитического приборостроения (ИАП) РАН – одному из ведущих исследовательских центров России в области генетической микробиологии создать конечную продукцию: генетические анализаторы международного уровня.
В настоящее время 8 – канальными капиллярными линейками, производства ПАО «Светлана» укомплектован первый отечественный 8-ми канальный секвенатор «Нанофор-05», который разработан специалистами ИАП и освоен в производстве ООО «НПФ Синтол». В ПАО «Светлана» завершена разработка и осуществлена поставка потребителю пилотной партии МФАЧ для секвенатора «Нанофор-СПС», разработанного с целью повышения функциональности аппаратуры при проведении ПЦР-анализов. В разработке находятся 24-канальный капиллярные линейки для изделия «Нанофор-06» по ряду параметров он превышает лучшие зарубежные образцы.
Следующим шагом в развитии теории и практики генетической аналитики является разработка технологии секвенирования с помощью наноканальных и нанопоровых (2 – 100 нм) матриц.
– Какие задачи при этом ставят перед собой специалисты «Светланы»?
– ПАО «Светлана» приступила к проведению исследований в этой области. Их целью является разработка конструкции и технологии серийного производства ионных диодов и ДНК-транзисторов на основе твердотельных нанопор и кремниевых наноканалов для аппаратуры, предназначенной для молекулярно-генетической диагностики патогенных микроорганизмов: в рамках химической и биологической безопасности РФ. Результаты работы будут использованы для разработки отечественного секвенатора для одномолекулярного безметочного анализа и высокочувствительных наносенсоров для биологического применения. При этом будет реализована идея персонофицированной геномики.
– Задачи стоят сложнейшие. Справимся?
– Важно, что в перспективность и значение этой тематики поверили в АО все – и руководители, и специалисты. Сейчас задерживается финансирование этой работы, но предприятие, не останавливаясь, проводит исследования за свой счет. Эти работы находятся в сфере интересов венчурного фонда Euro Venture. Есть его заинтересованность. Мы надеемся на поддержку.
– Давайте еще раз скажем о сфере применения биохимического микрочипа.
– Активное развитие в ПАО «Светлана» технологии изготовления биочипов имеет большое значение для развития не только медицины и генной инженерии. Аппаратура на основе биочипов и МФАЧ востребована и для ряда других важнейших применений:
- службы контроля качества продовольственных продуктов, в том числе обнаружение генно-модифицированных источников (ГМИ) в пищевых продуктах и сырье;
- таможенного контроля и обеспечения биологической безопасности;
- в различных отраслях сельского хозяйства.
В заключение следует отметить, что сейчас перед предприятиями ОПК стоят задачи диверсификации производства и, работая над созданием биочипов, «Светлана» успешно решает задачи.
Подготовила – Елена Васильцова