Инновационный термореспиратор нижегородского ученого можно использовать для защиты от коронавируса
Интервью с резидентом Проектного офиса Университета Лобачевского по модели Агентства стратегических инициатив Михаэлем Почепским.
Михаэль, расскажите немного о себе: кто по образованию, с чем связана профессиональная деятельность.
Родился в Нижнем Новгороде, окончил биологический факультет ННГУ. По специальности я молекулярный биолог. Продолжаю специализацию на кафедре медицинской химии. Ещё во время студенчества с переменным успехом занимался коммерцией, околомедицинскими проектами. Первым из таких был в 2012 году проект «Лучшие врачи Нижнего Новгорода», тогда ещё один из первых рейтинговых сайтов в России, где вы могли посмотреть лучших по своему направлению медицинских специалистов. В те же годы занимался разработкой различных социальных платформ, освещающих городскую жизнь. Затем их вытеснили более крупные игроки вроде Яндекса. Было много подобных проектов, но в итоге я целиком сосредоточился на биологии. В пору студенчества практиковался и работал на базе Нижегородского института травматологии и ортопедии (в настоящее время входит в состав Приволжского медицинского университета), участвовал в разработке аналогов межклеточного матрикса, так называемых скаффолдов (англ. «scaffold» – опора). В рамках этой работы впервые стал специализироваться в биофотонике. Думаю, что это можно считать первой вехой на моем пути к респиратору.
Интерес к проектной и инновационной деятельности у Вас уже возник достаточно давно…
Интерес к инновационной деятельности был всегда. Видимо, это семейное – у деда более 30 внедренных изобретений в сфере автоматизации пищевых производств. Вообще, думаю, что этот интерес у всех заложен с рождения. Но основная задача заключается в том, чтобы пронести его до сознательного возраста, не растерять, не сдаться раньше времени, суметь реализоваться.
Когда начали развивать проект «фотокаталитический термореспиратор»? Откуда возникла идея?
Несколько лет назад пошла волна популярности на зимние лесные походы. Мы с другом решили не отставать от темы, и после скрупулезной подготовки отправились с ночевкой в зимний лес, без палаток, только минимум снаряжения и наши навыки. Прибыли на место рано утром, было около -15. Весь день был рассчитан по минутам: сколько нужно времени на обустройство стоянки, к какому часу должен быть костер и еда, когда отдых и т.д. Кто любит ходить в такие походы – знает, что на сильном холоде силы тают буквально на глазах.
В силу профессиональной привычки, я привык не только следить за окружающим миром, но и сразу пытаться объяснить суть этих явлений, особенно тех, что касаются организма. Таким образом, в течение дня я внимательно следил и анализировал за реакциями, которыми организм отвечал на высокую нагрузку.
Дело в том, что именно температура вдыхаемого воздуха является одним из первых звеньев в целом каскаде физиологических реакций, которыми организм отвечает на холод. Если сильно упростить, то у нашего организма есть два главных режима. Условно назовём их «комфортный» и «теплопродуцирующий». В комфортном режиме организм тратит минимум сил на поддержание нормальной температуры, а в теплопродуцирующем происходит переключение метаболизма на производство дополнительного тепла путем значительных затрат энергии. Так вот даже если вы тепло одеты, организм всё равно находится в теплопродуцирущем режиме, потому что запускается он прежде всего от низкой температуры вдыхаемого воздуха. Задача заключается в том, чтобы отменить это переключение – дать организму достаточное количество тепла извне, тем самым позволив ему работать в «комфортном» режиме, соответствующему физиологичным (условно, комнатным) условиям среды. Сохранение тепла – в действительности лишь второе слагаемое, первым же является физические параметры вдыхаемого воздуха. А это, как минимум, равноценные, а может и более важные параметры, чем теплоизоляция.
Наглядным доказательством важности температуры воздуха для организма является сопутствующее её понижению и возрастающей нагрузке на дыхательную систему обострение респираторных заболеваний. А тяжесть их перенесения и возможных последствий, вплоть до летального исхода – следствие близости и прямой связи легких и сердца через малый круг кровообращения.
Кроме того, работает эффект бегуна: известно, что после бега из-за чрезмерной нагрузки на все системы, организм ощущает усталость. Тоже происходит и зимой: чрезмерная нагрузка на органы дыхания приводит к общему утомлению вне зависимости от того, насколько тепло вы одеты.
Таким образом, для решения проблемы холодового дыхания необходимо, чтобы холодный воздух не попадал на холодовые рецепторы дыхательной системы, иначе включится затратный теплопродуцирующий режим. Т.е. энергия, которая расходуется организмом на подогрев вдыхаемого воздуха колоссальна. В связи с этим стало ясно, что, если действительно решить проблему холодового дыхания, можно практически полностью закрыть вопрос влияния низких температур – появится возможность находиться на улице при любых низких значениях температуры неограниченное количество времени, как будто вы гуляете летним днем. Так возникла идея термореспиратора.
Расскажите в чем особенности и основные преимущества термореспиратора.
Сама идея не нова, однако удивило то, что в 21 веке нет изделий, которые по-настоящему решали бы этот вопрос. Всё ограничивалось матерчатыми изделиями, развитие СИЗОД остановилось на уровне «оборачивания шарфом» что, конечно, не серьезно. Задача состояла в том, чтобы добиться стабильной физиологичной температуры или близкой к ней. Были произведены расчёты и сделан термореспиратор, работающий от автономного источника питания, который позволяет в диапазоне до 100 градусов поддерживать постоянную температуру в +25 градусов. Представьте, идёте в Оймяконе по улице в – 60, а у вас +25. Тоже касается полярных экспедиций, альпинистов, бригад скорой помощи, армии. Такое устройство должно быть в составе любой поисково-спасательной бригады: обеспечить человеку возможность дышать теплым воздухом практически равносильно переносу его в теплое помещение. Для удобства я называю это «эффектом скафандра».
Изначально, планировалось выпустить просто термореспиратор, хотя в голове уже крутились мысли, что хорошо бы, чтобы респиратор обладал ещё и бактерицидным действием, однако подобные усложнения казались несвоевременными и были отложены «до лучших времен».
В конце прошлого года, как вы помните, стали появляться сообщения из Китая о новом вирусе. Ещё в самом начале эпидемии сама мысль о том, что она доберется до нас большинству наших граждан казалось чем-то фантастическим и малосбыточным. Однако следя за ситуацией и за сопутствующей нехваткой средств индивидуальной защиты, я принял решение начать работу над бактерицидной функцией. Так получилось, что параллельно с этим на кафедре медицинской химии мной велась работа, связанная с фотокатализом – изменением скорости химической реакции под действием веществ-катализаторов, активирующихся при облучении волнами преимущественно видимого спектра. Это сравнимо с автомобильным катализатором, который разлагает остаточные продукты горения – выхлопные газы до углекислого газа и воды. И тут возникло второе удачное решение, которые впоследствии и было внедрено. Нагревательный блок был снабжен фотокаталитической компонентной, а кроме того, сама конструкция выполнена так, что сам же нагревательный элемент является и механическим, и, в некотором смысле, электростатическим фильтром. Таким образом возник фотокаталитический термореспиратор.
Конечно еще предстоит много работы, но уже сейчас получилось следующее:
- Респиратор обладает одним из самых низких показателей по весу, при эффективности бактерицидного действия, стремящейся к самым высоким показателям: работают 4 фактора – температура, механическая фильтрация, электростатическая фильтрация и фотокатализ.
- Устройство также может похвастаться компактностью и эргономичностью – пожалуй, на сегодняшний день это наиболее компактное из сложных респираторных систем. Все умещается в небольшом круглом патроне перед лицом, радиусом чуть более двух сантиметров. Предстоит еще много работы, но имеются реальные предпосылки к тому, что устройство задаст новые стандарты в средствах индивидуальной защиты – противогазах и респираторах.
- Технология и комплектующие достаточно дешевые, а это значит, что такое устройство будет доступно широкому потребителю. Уже предварительные подсчеты показывают, что устройство с учетом многофункциональности и долговечности обойдется значительно дешевле в долгосрочной перспективе, чем постоянная покупка одноразовых масок или замена фильтров на существующих СИЗОД.
Какие у Вас планы по развитию проекта?
В настоящее время остается провести финальное тестирование, закончить бумажную работу, и, даст Бог, в самое ближайшее время (до следующего зимнего сезона) начать производство. В будущем планируется реализовать множество запланированных технических решений, благодаря которым получится целая серия изделий: для туризма, для людей с заболеваниями респираторного тракта с высвобождающимися лекарственными препаратами, усиленные респираторы для условий с повышенным загрязнением воздуха, и даже в планах есть криореспиратор для работы в условиях повышенных температур. Важно понимать, что респиратор в сегодняшнем виде — это лишь основа для постоянных улучшений. Возможно, когда-нибудь, мы дойдем до тех футуристичных масок, по которым узнаются герои известных фильмов.
У Вас большая команда?
В настоящее время в команде четыре человека: я занимаюсь непосредственно разработкой, есть штатный технический консультант, SMM-специалист, коммерческий директор.
Пребывание в Проектном офисе ННГУ по модели АСИ стало толчком для запуска проекта?
Я уже получил от команды Проектного офиса ряд ценных замечаний. Надеюсь на дальнейшее сотрудничество в этом же ключе, а также на то, что совместными усилиями нам удастся довести проект до стадии успешной реализации.