Школьники создали гель от ожогов и дрон для поиска тлеющих торфяников

В помощь спасателям ученики предпрофессиональных классов столичной школы №2065 создали сенсорную систему детектирования тлеющих торфяных очагов на БПЛА, наноматериалы для быстрого и эффективного тушения пожаров и инновационный гель от ожогов.

Как обнаружить тлеющие торфяники

Из-за торфяных пожаров 11 лет назад в Москве сложилась чрезвычайная экологическая ситуация. Дым и смог не давал выйти на улицу и даже открыть окно. Проблема торфяных пожаров остро стоит во многих регионах России. Торф может тлеть несколько недель, но если пожар распространяется на траву и лес, потушить его крайне сложно. Важно обнаружить источник на ранней стадии, на что пожарные тратят много времени и рискуют жизнью и здоровьем, ведь приходится обследовать территорию пешком. Старшеклассники школы № 2065 вместе с ЦМИТ “Коптер” придумали проект, который решает проблему поиска очагов возгорания торфяников. В рамках междисциплинарного проекта, конвергирующего IT- и химию, они создали дрон со специальным “сенсорным носом”, который дистанционно может находить тлеющие торфяники. 

Проект успешно показал себя в испытаниях с пиролизом торфа, то есть в условиях максимально близких к реальным. Научный руководитель, к.х.н, учитель химии школы № 2065 Любовь Оболенская отмечает, что над проектом еще надо работать, но отдел коптерной разведки Добровольных лесных пожарных центрального региона (организации на базе биофака МГУ и Гринпис) уже высоко оценила практическое применение и пользу разработки. Проект стал лауреатом XII Городского Экофорума, победителем МГК-2021 и конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату».

Наноструктурированные составы для тушения и предотвращения пожаров

Пожары на ООПТ (особо охраняемых природных территориях) быстро распространяются на огромные расстояния. Это серьезная проблема во всем мире. По данным Федерального агентства лесного хозяйства, 21 апреля в 22 регионах России было ликвидировано 125 лесных пожаров на площади 16 583 га. Тушить пожары водой неэффективно – например, при тушении «ранговых» пожаров в бытовом секторе цистерна воды уходит за 7 минут активного тушения, но пламя не уменьшается. Девятиклассница школы №2065, с помощью педагога, к.х.н. Любови Оболенской и м.н.с. Института фундаментальных проблем биологии, к.б.н. Азат Абдуллатыповой, изучила основные огнетушащие и огнезащитные составы и выяснила, что консистенция наиболее экобезопасных антипиренов (полиакрилатных и полифосфатных гидрогелей) не позволяет подавать их через отечественные ранцевые лесные огнетушители (РЛО) − нужны дорогостоящие установки. А остальные составы аллергенны или наносят ущерб окружающей среде. Ученица разработала новый способ синтеза титаноксидных антипиренов из сульфата титанила и аммиака под контролем датчика рН и температуры ReleonLab.

Результат оправдал усилия. Полученный состав легко подаётся и через РЛО, и даже через опрыскиватель для растений. Прототипы становятся вязкими гелями сразу в момент приготовления, что и не даёт их «продавливать» через гидропульт РЛО. Новые же антипирены в момент подачи через РЛО представляют собой жидкие «растворы наночастиц», а гелеобразными становятся уже при нагревании от самого огня. А после, в отличие от прототипов, ещё и превращаются в огнестойкую (но «дышащую» для коры) нанопленку. По словам разработчиковя, они сделали первый этап синтеза, а второй предоставляют пламени и огонь сам себе роет яму. Проект стал лауреатом XII Городского Экофорума, призёром конференции НИТУ МИСиС «Создаём будущее вместе» и конференции «Старт в медицину», победителем МГК-2021 и конференции «Инженеры будущего». Руководитель Добровольной пожарной команды Красногорска отметил высокую социальную значимость проекта, а 21 апреля составы были переданы на экостанцию заказника “Журавлиная родина” ребятам из дружины охраны природы биофака МГУ, которые каждую весну подолгу борются с огнём.

Средство от ожогов

Десятиклассница помогла спасателям заживлять ожоги. Сейчас самое эффективное средство у пожарных – полиакрилатный гель, содержащий в качестве антибактериального компонента иодовидон. Его недостаток – резкий запах, а также частые аллергические реакции. Автор разработки заменила иодовидон наносеребром. Она выдвинула гипотезу, что регенератор тканей декстран может, в дополнение к своей основной функции, восстанавливать катионы Ag, а затем стабилизировать его наночастицы. Уже в ходе работы в качестве «подарка судьбы» обнаружилось, что многофункциональны в этой системе ещё и полиакрилат-ионы – они дополнительно стабилизируют нано-Ag. С помощью методики синтеза из практикума по нанотехнологиям ученица нашла идеальное сочетание компонентов, которое помогло получить гели, эффективность которых в терапии ожогов II степени тяжести показали бòльшую, по сравнению с аналогами, эффективность (при полном отсутствии запаха и меньшей, в разы, себестоимости). Работа – победитель конференции «Инженеры будущего» и призёр II степени XV Всероссийской олимпиаде «Нанотехнологии – прорыв в будущее!».

Эти проекты объединяет не только порыв детей сделать мир чуть лучше и интеллектуальный прогресс проектантов в ходе работы. Все три проекта стали возможны благодаря оснащению школы таким оборудованием, которого нет во многих вузах и НИИ. Можно получить высокочистое сенсорное нанопокрытие с помощью центрифуги-вортекса; припаять на бессвинцовой станции плату Arduino Nano к опоре, распечатанной тут же на 3D-принтере, а потом к дрону, «увидеть» наночастицы, отсканировав их атомно-силовым микроскопом, записать серии спектров за несколько минут на спектрофотометре. А главное – антибактериальную активность наносеребра теперь можно проверять, не подвергая детей опасности заражения колониями культивируемых бактерий, а проводя с помощью hi-tech оборудования электрофорез плазмидов (бактериальных ДНК).

Такие проекты возможны только в связке “ученик-учитель”. Иногда не обойтись и без сторонних ресурсов. Но коллаборации с предприятиями, учеными, аспирантами показывают школьникам реальный научный мир. Учат их выходить за рамки кабинета.