С 2020 года Министерством науки и высшего образования РФ проводится ежегодный конкурс на предоставление грантов в форме субсидий из федерального бюджета на реализацию мероприятий, направленных на обновление приборной базы ведущих организаций, выполняющих научные исследования и разработки, в рамках федерального проекта «Развитие передовой инфраструктуры для проведения исследований и разработок в Российской Федерации» национального проекта «Наука», реализуемого в 2020-2024 гг.
Программа обновления приборной базы, включающая ежегодный план обновления оборудования СПбГУ с 2020 по 2024 год была направлена на согласование в Российскую академию наук и без корректировок прошла согласование.
В соответствии с поданной заявкой в 2020 году Санкт-Петербургский государственный университет закупил следующее оборудование, общей стоимостью 273 805 277,07 руб.:
- Масс-спектрометр timsTOF Pro (Bruker Daltonik GmbH., Германия)
Хромато-масс-спектрометр TimsToF Pro для протеомных и метаболомных исследований является одним из ключевых приборов, закупленных в СПбГУ в рамках Национального проекта «Наука». Научное сообщество уже пришло к осознанию того, что информация, содержащаяся в геноме, не может ответить на все интересующие ученых вопросы; геном не может нам рассказать, например, как именно вирус проникает в клетки, как формируется аллергическая или аутоиммунная реакции, каким образом на нас воздействуют лекарственные препараты. Практически за все эти функции в нашем организме отвечают белки (протеины). Поэтому их изучение так важно. Метаболиты, в свою очередь, – это промежуточные и конечные продукты обмена веществ, т.е. прямые следствия и результаты происходящих в организме процессов. TimsToF Pro – один из наиболее современных масс-спектрометров позволит исследователям проводить функциональные «срезы» во времени и отвечать на вопрос, «что именно происходит в биологической системе?» в данный момент времени. Хромато-масс-спектрометр всего за час позволяет выявлять и количественно определять несколько тысяч белков и метаболитов, а благодаря своей универсальности, прибор может быть использован для изучения практически из любой биологической системы, от исследования редких арктических моллюсков до диагностики заболеваний человека.
- Система Thermo Fisher Scientific VolumeScope 2 (Сканирующий (растровый) электронный микроскоп с микротомом)
Для изучения строения клетки как основной структурно-функциональной единицы живого в СПбГУ приобретен сканирующий электронный микроскоп VolumeScope 2 с возможностью серийной съемки поверхности образца Serial Block-Face и создания 3D реконструкций. До недавнего времени строение клеток можно было изучать только на срезах, что вносило значительные ограничения в наши представления о реальной форме сложных внутриклеточных структур. Технология, лежащая в основе работы этого микроскопа, была разработана для изучения контактов нервных клеток (синапсов), как одного из наиболее трудного в плане изучения структуры объекта, а сейчас становится доступна для решения большинства биомедицинских задач.
- Жидкостный хромато-масс-спектрометр Shimadzu LCMS-9030
Хромато-масс спектрометр высокого разрешения (с ионизацией в электроспрее и системой химической ионизацией при атмосферном давлении) позволяет проводить хроматографическое разделение и измерять отношение массы к заряду молекул с невероятной точностью - ошибка определения современных приборов обычно составляет менее 1 ppm (1 миллионной доли, 0,0001 %) - для примера, абсолютная ошибка химических методов анализа редко бывает менее не то, что 1%, но и 10%, даже по десятилетиями отработанным стандартным методикам, в которых регламентировано каждое действие химика-аналитика. Масс-спектрометры высокого разрешения - мощнейший инструмент, позволяющий исследователю по точной массе молекулы сделать вывод о её элементном составе и, таким образом, понять механизм реакции или природу обнаруженного вещества. Современные публикации по химии, биохимии, биологии, физике сложно представить себе без доказательства строения молекул с помощью масс-спектрометрии высокого разрешения.
- CHNS-анализатор LECO TruSpec Micro
CHNS-анализ необходим для того, чтобы узнать содержание этих элементов в образце. Обычно это используется для подтверждения расчётного состава вещества, при совпадении данных анализа с теоретически рассчитанным составом в пределах 0,3% образец может считаться чистым. Мы обновили и дополнили имеющиеся в СПбГУ CHNS-анализаторы прецизионным прибором, позволяющим определять элементный состав по элементам C, H, N, S с очень высокой точностью - например, относительное стандартное отклонение, RSD, при определении содержания углерода в образце может быть выполнено с точностью до +/- 0,001 мг в образце массой 2 мг, при содержании углерода в 70% это составляет невероятные 0,07% - только профессионалы могут оценить мощь такого точного инструмента.
- Энергодисперсионный рентгенофлуоресцентный спектрометр EDX-8100P
Рентгеновский спектральный анализатор (EDX) позволяет проводить быстрый элементный анализ образца без его разрушения (за исключением веществ, изменяющих состав под действием рентгеновских лучей). Это позволяет без подготовки проб или с их минимальной подготовкой проводить исследование элементного состава большого числа образцов (например, органических и неорганических веществ, горных пород, почв, стёкол, сплавов и различных материалов).
- Монокристальный дифрактометр XtaLAB Synergy-S с микрофокусным источником и системами термостатирования образца.
Монокристальный дифрактометр c микрофокусным источником рентгеновского излучения, высокоскоростным детектором и с контролируемым нагревом изучаемого кристалла до 1000 °С позволяет расшифровывать атомное строение новых материалов и минералов при экстремальных температурных условиях. Как это ни удивительно, но до сих пор подобные исследования в мире были ограничены температурой 350 °С. Новый прибор позволит придать дифракционному пространству дополнительное температурное «измерение», что даст возможность моделировать поведение материалов в условиях, отличающихся от стандартных лабораторных, позволит получить возможность решения принципиально новых задач, требующих сочетания высокого разрешения с нестандартными условиями. Дифрактометр позволит исследовать пределы термической устойчивости новых веществ, а также моделировать условия природных высокотемпературных процессов.
За отчетный период были достигнуты следующие показатели:
- Уровень загрузки оборудования: 80,01% (при плановом: не менее 80)
- Доля внешних пользователей научного оборудования в общем количестве пользователей научного оборудования: 71,47% (при плановом: не менее 20)
- Процент обновления приборной базы: 8,95% (при плановом: не менее 4)
- Доля исследований, проводимых под руководством молодых ученых в возрасте до 39 лет, в общем количестве исследований: 41,72% (при плановом: не менее 15)
В 2021 году СПбГУ планирует закупить следующее оборудование, общей стоимостью 46 350 000,00 руб.:
- CRDS-анализатор изотопного состава воды и дополнительные модули
Комплекс на базе лазерного изотопного анализатора воды Picarro L2130-i предназначен для изучения стабильных изотопов воды – дейтерия и кислорода-18. Данные изотопы, не являясь радиоактивными, отражают условия накопления воды в ледниках, реках, озерах, внутренних морях и подземных горизонтах. Кроме того, для воды эти изотопы позволяют выяснить траектории ее циркуляции, а также влияние вторичных процессов, например, испарения и замерзания на водный баланс. Данный прибор имеет существенно более высокие характеристики по точности измерений, позволяющие фиксировать изменение содержания дейтерия и кислорода-18 на тысячные доли процента. Указанное улучшение резко расширит круг решаемых задач в области гидрологии, гидрогеологии, гляциологии, мерзлотоведения и климатологии.
- Хроматограф жидкостный Prominence фирмы Shimadzu для анализа полимеров (с рефрактометрическим детектором RID-20A, вискозиметрическим детектором DVD1260, многоугловым лазерным детектором по светорассеиванию SLD7100)
Хроматограф жидкостный Prominence фирмы Shimadzu для анализа полимеров (с рефрактометрическим детектором RID-20A, вискозиметрическим детектором DVD1260, многоугловым лазерным детектором по светорассеиванию SLD7100) предназначен для всестороннего исследования новых синтезированных полимеров методом гель-проникающей хроматографии.
Данный вариант сборки хроматографической системы позволяет осуществлять мониторинг протекания химических реакций, а также чистоту полученных соединений в нескольких режимах, включая гель-проникающую. Последняя требует использования таких растворителей как толуол, тетрагидрофуран, для работы с которыми требуются компоненты хроматографа из особых материалов, устойчивых к данным растворителям. Данный хроматограф полностью соответствует заявленным требованиям.
Прибор укомплектован системой тройной детекции: дифференциальным рефрактометром, детектором многоуглового светорассеяния и вискозиметрическим детектором – позволяющей за один вкол, порядка 15 мин, получать исчерпывающую информацию о структуре и поведении полимерных макромолекул в разбавленных растворах, даже если исследуемые объекты обладают сложной молекулярной архитектурой, а для их исследования невозможно подобрать коммерчески доступные стандарты, что часто случается в научных работах.
Среди определяемых характеристик можно отметить характеристическую вязкость, средние молекулярные массы и параметры молекулярно-массового распределения на основе принципа универсальной калибровки, коэффициенты Марка-Куна-Хаувинка, степень разветвленности и конформацию полимеров в растворах, абсолютные значения ММР, радиус инерции.
Конструктивно предлагаемый к закупке вискозиметрический детектор уникален на рынке: в его составе нет дополнительных колонок, задерживающих аналиты, что позволяет сократить время анализа до двух раз.
Детектор многоуглового светорассеяния измеряет интенсивность рассеянного излучения сразу под семью углами (у других производителей, обычно, два-три), что критически важно для получения правильных результатов при анализе полимеров сложного состава, блок-сополимерных систем и макромолекул сложной архитектуры.
Программное обеспечение, управляющее хроматографом, контролирует все его части, а также позволяет неограниченному количеству пользователей бесплатно обрабатывать результаты удаленно, что позволит обучающимся и научным сотрудникам работать с данными из дома в любое время, что особенно актуально в период сложной эпидемиологической ситуации.
- Автоматизированная бескриогенная низковибрационная криостанция замкнутого цикла CRYOCORE
На данном оборудовании планируется изучение оптических свойств полупроводниковых гетероструктур. В области информационной фотоники такие структуры выступают в качестве сред распространения и преобразования света. На их основе создаются принципиально новые устройства для оптической обработки и хранения информации, а также лазерные устройства, симуляторы и устройства фотовольтаики. Подобные фотонные структуры и кристаллы чаще всего имеют естественные или искусственные нано- и микроразмерные особенности, способствующие проявлению новых фундаментальных эффектов. Для изучения большей их части требуется стабильное поддержание низких температур, а малые размеры изучаемых объектов требуют стабилизации положения, а следственно и подавления вибраций. Приобретаемая автоматизированная бескриогенная низковибрационная криостанция замкнутого цикла решает как проблему поддержания низких температур (вплоть до 4,9 К), так и обеспечения уровня вибраций на уровне нескольких десятков нанометров.
В настоящее время, на базе ресурсного центра «Наноконструирование фотоактивных материалов» фокус исследований направлен на изучение микролазеров и спонтанной лазерной генерации в устройствах на основе перспективных материалов - перовскитов. Также планируется исследование баллистического распространения экситонных поляритонов в волноводах полного внутреннего отражения на основе A3B5 полупроводниковых гетероструктур.
Недостатком имеющихся криостатов является необходимость присутствия оператора во время запуска и процедуры захолаживания, которая занимает значительную часть от общего времени подготовки и проведения исследования. Приобретаемое оборудование свободно от этих недостатков и в его устройстве реализована автоматизированная система управления с возможностью удаленного и программируемого доступа, благодаря чему запуск и процедура захолаживания может быть реализована без непосредственного присутствия оператора перед началом рабочего дня. Тем самым существенно увеличивая временной интервал исследования при непосредственном присутствии оператора и исследователя. Данное обстоятельство выгодно отличает приобретаемое оборудование от большинства криогенных установок, используемых для проведения выше указанных исследований.
- Дефектоскоп-томограф A1550 IntroVisor (расширенный комплект)
Дефектоскоп-томограф ультразвуковой — это современный прибор российского производства, относящийся к контрольно-измерительным устройствам нового поколения и предназначенный для неразрушающего контроля в промышленности. В режимах дефектоскопии и толщинометрии в нём используются упругие волны различных типов ультразвукового диапазона от 1,5 до 10 МГц. Преимущества ультразвуковых методов очевидны, поскольку не требуют особой подготовки контролируемых материалов и практически не зависят от их индивидуальных физических свойств (оптическая прозрачность, электропроводность, прочность и др.).
Прибор будет использоваться не только традиционно для определения дефектов в изделиях и изучения акустических свойств широкого круга материалов (металлов, кристаллов, новых композитных материалов, в том числе нанокомпозитов с различной морфологией, и др.), но и для отработки новых методик измерения физических свойств материалов. К примеру, для исследования распространения упругих ультразвуковых волн в дисперсных грунтах и установления корреляционных связей параметров упругости с водно-физическими и физико-механическими свойствами грунтов, что является актуальным для инженерной геологии, а также при изучении оползневых структур.
