В. Сергиевский

"Биотехнологии в военном деле"

Подполковник В.Сергиевский.
кандидат военных наук.

СОВЕРШЕНСТВО объектов природы и природных экосистем привлекают военных специалистов,пытающихся применить биологические принципы в работе технических устройств и систем.Большой размах это направлениеполучило и в научно-технической программе минестерства обороны США.

Основной путь по использованию биологических принципов получения и переработки информации (реализуемых однако, на совершенно иной элементной базе)-это создание следующих технических новшеств: так называемых нейронных компьютеров и систем распознавания образов; исполнительных органов роботехнических устройств,копирующих, копирующие кинематические схемы животных; композитных матричных материалов,в которых используются идеи строения тканей растений и животных; систем снижения сопротивления встречного потока воды для подводных средств,базирующихся на исследовании способов движения рыб и морских млекопитающих, и т.д. Продолжаются исследования по непосредственному применению объектов живой природы в военных системах , например в виде элементов датчиков или же самостоятельно ( в частности в ВМС США поиск мин и других подводных объектов , а также проведения диверсионных актов с помощью дельфинов).

Важное значение в последние годы приобрели исследования , направленные на развитие и военное использование биотехнологий, перспективность которых объясняется рядом весьма существенных факторов, важнейшими из которых являются следующие: -Биотехнологии принципиально более совместимы со средой обитания человека, альтернативные процессы. Так они меньше загрязняют, менее энерго и материалоёмки, зачастую почти безотходны, более близки по своей природе к естественным процессам, их реализация обходится дешевле. Можно привести такие примеры, как обогащение руд цветных металлов способом биовыщелачивания, процессы биодеградации свалок и почвы , загрязненной ГСМ, биоудаления красок и другие.

- С помощью биотехнологий, использующих такое свойство, присущее живой материи,как самоорганизация, можно сравнительно просто и эффективно получать материалы и вещества со сложнейшей структурой. Большие надежды возлагаются на биоэллектронные свойства сложных биологических систем. -Биотехнологии позволяют создавать материалы и вещества с уникальными характеристиками , обычный химический синтез практически нереализуем. Разработка биотехнологий-зто многозлементная программа программа минестерства обороны США. Её основной целью является удовлетворение требований военного ведомства в области создания новых материалов и технологических процессов, необходимых для решения боевых задач и обеспечения повседневной деятельности, включая создание легких и прочных композиционных материалов, защитной одежды, датчиков для обнаружения химических, биологических и токсичных веществ; биологических клеев, зкологически безопасных эластомеров, быстродействующих средств для дезактивации одежды итехники.Крометого,перед минестерством обороны США стоит сложная и дорогостоящая проблема утилизации опасных отходов различных производств. Более подробно эти направления исследований представленны на табл. 1 и 2.

Одним из направлений научно-технической программы Пентагона в области биотехнологий является биообработка, основанная на способности микроорганизмов основанная на пособности микроорганизмов развиваться, приспосабливаться и осуществлять биохимические трансформации в широком диапазоне внешних условий.Основное преемущество процесса биообработки по сравнению с обычными методами химической переработки заключается в том , что он более выгоден с энергетической точки зрения ,экономичен, экологически менее вреден,характеризуется большой скоростью и селективностью.Примером одного из способов биообработки является бактериальное выщелачивание ,представляющее собой гидрометаллургический процесс преобразования металлов в растворимую форму с последующим вымыванием их из минеральной составляющей руды. Его основные преемущества-низкая стоимость и отсутсвие отходов,загрязняющих воздух и воду. Целью исследований в этой области в настоящие время является микроорганизмов, накапливающих стратегические металлы, определение механизмов,управляющих процессами бионакопления и комплексообразования, выделение комплексонов на инертном носителе таким образом,чтобы можно было селективно извлекать металлы. Ряд исследований направлен на разработку различных высокоэффективных средств биоочиски, детергентов(моющих средств), ингибиторов коррозии(средств,тормозящих химические реакции),сильных растворителей,новых биологических фильтров(например топливных).

Вопросы экологии.

Американские специалисты широко применяют методы гинетической иженерии в целях поиска эффективного ингибитора ,чтобы предотвратить процесс обрастания корпусов кораблей водораслями и ракушками,который вызывает корозию ,значительно повышает гидродинамическое сопротивление при движении,а это влечёт за собой увелечение потребления топлива. В настоящеее время на корпуса кораблей наносят специальные краски,которые, однако являются черезвычайно токсичными.Сейчас испытывается альтернативный подход,включающий процесс разложения наросшего слоя ферментами. Значитильные усилия в рамках развития биотехнологических материалов и процессов направленны на решение вопросов устранения вредных экологических последствий военной деятельности.Минестерство обороны США,в частности,предпологает уже к 1995 гду решать вопросы биологической очистки почвы и подземных вод от загрязнений нетроароматическими веществами и трихлорэтиленом,а также углеводородным топливом.Рузработки новых методов очистки предполагается завершить просле 2005 года. В США ведутся исследования по созданию установок биоразложения перхлората аммония,широко используемого в качестве компонента твёрдого ракетного топлива,а также установки для снятия билогическими методами лакокрасочных покрытий с авиационной и другой военой техники,что позволит отказаться то применения больших количеств очень вредных(и не безопасных для самой техники) сильных органических растворителей.Белковые системы не требуют точной дозировки,могут рециркулироватьсяи экологически безопастны.Исследования показали,что можно реализовать управляемый и безопастный процесс биоразложения краски.

Дальнейшие песпективы примений биотехнологий.

Порграмма создания биодатчиков предусматривает разработку автоматических датчиков ,которых исспользуются специфические биомолекулы в сочетании с волоконно-оптическими и электронными устройствами для идентификации различных веществ .Эта программа включает разработку оптических микродатчиков , регистриющих объект посредством использования антитела или рецептора на поверхности волоконно-оптического зонда ,либо систем в которых рецепторы, смонтированны в виде синтезированной липидной мембраны , нанесённой на поверхность кремниевой пластинки ,управляют проводимостью ионного канала в ответ на физиологическое воздействие активного реагента . Значительная активность проявляется в изучении проблемы создания отдельных э лементов биологических микроэлектронных интегральных схем и био-ЭВМ в целом, которые,как полагают,могут предоставить уникальные возможности обработки информации и найти широкое применение в военном деле ,например в средствах связи,радиолокационой технике,системах управления оружием.

Исследования о области биоматериалов для военного использования направлены, на получение высокопрочных композиционных материалов , которые будут применяться при изготовлении некоторых узлов конструкций самолётов . С помощью биотехнологий можно не только исключительно ценные конструкционые материалы,но и материалы для радио- и оптоэлектроники.

Разрабатываются биотехнологические способы создания пластмасс, резины,каучука,нейлона,шелка спецефической структуры и т.д. Специалисты минестерства обороны США предпологают также,что можно использовать методы биотехнологий для получения семейств молекуляных волокон с малой массой и высокой прочностью,которые смогут найти важное военное применение.

В интересах военного ведомства США интенсивно изучаются выделяемые некоторыми морскими молюсками полимеры с сильными клеящими свойствами(так называемый биоцемент).Считается что билогические вещества с подобными могут оказаться эффективными при склеивании современных высокопрочных композиционных материалов.Разрабатывая способы получения различных биологических клеподобных веществ,которые заменят современные эпоксидные смолы,военые специалисты преследуют цель повышения ремонтнопригодности военной техники с конструкциями из композиционных материалов.

В лаболаториях и институтах минестерства обороны США изучаются также возможности получения новых смазочных веществ биологического происхождения, отличающихся высокой термоустойчивостью.Считается,что их использование может,в частности,значительно улучшить характеристики авиационных двигателей,повлечёт за собой повышение скорости и маневренности самолётов. Получение смазочных веществ с помощью микроорганизмов приведёт к значительному снижению их стоимости.

Исключительно важным представляется применение различных продуктов биотехнологий для нужд медицины.Специалисты предпологают,что в будущем возможно получение различных новых и совершенных средств диагностики и лечения больны:фармакологических препаратов,имплантируемых систем длительного(до нескольких месяцев) дозируемого поступления лекарственных средств в организм,протезов,трасплантантов и т.п.К диагностическим и терапевтическим препаратам могут быть отнесены вакцины,моноканальные антитела нужной спецефичности,антибиотики,гормоны,ферменты,витамины,факторы свёртывания крови,различные регуляторные протеины и пептиды,другие препараты,необходимые для профилактики и лечения рака,сердечно-сосудистых, ифекционных,иммунологических,неврологических и других заболеваний.

Американские медики предполагают также использовать методы биотехнологий для создания различных биологических материалов.В частности,исследуется возможность применения биополимеров для разработки заменителей кости. Разрабатываются способы лечения обширных ран с помощью специальных, пропитанных антибиотиками микропористых биополимерных плёнок. Изучаются также методы получения новых шовных материалов и хирургического инструментария на основе биополимеров.

Таблица 1

Этапы развития биотехнологических материалов и процессов

Разработки	2002-2003г.	2003-2010г.
Биодатчики
Второе поколение биодатчиков относительно простых химических веществ. Первые образцы датчиков на биорецепторах	Автоматизированнные средства обраружения химико-биологических агентов(отдельных веществ ) Работающие в реальном маштабе времени датчики, обнаруживающие все типы химико биологичеслих отравляющих рецептур	Автоматизированные,работающие в реальном маштабе времени датчики, обнаруживающие все типы химико-биологических отравляющих рецептур
Биопроцессоры, биологическая очиска
Очистка грунта загрязнённого Топливом,нитроароматическими соединениями Полностью гото-вая система биораззложения полихлорбифенолов и тетра-хлорзтилена в грунтовых водах Экспериментальная установка для биоразложения ракетных топлив,содержащих перхрорат аммония.	Полностью отработанная технология очистки грунта с помощью модульной системы Завершение программы разработки биопроцессоров и аппаратуры для очистки грунтовых вод от полихлорбифенолов и тетрахлор- этилена и разложения ракетных топлив.	Завершение работ по очиске свалок.
Биологическое удаление лакокрасочных покрытий
Применение опыта накопленного в лаболаторных условиях,при создании промышленной установки для удаления красок с самолётов биологическим способом и её испытания.	Завершение разработки автономной промышленной установки для удаления красок с самолётов биологическим способом.	Создание аналогичных устаноиок для различных систем оружия и военной техники.
Биологическое обогащение руд
Небольшие установки для извлечения галлия и других стратегических. материалов из обеднённых руд	Промышленнные установки непрерывного действия для извлечения. ценных материалов из обеднёных руд	Усовершенствованные промышленные Установки с высоким КПД.
Биологический синтез (биологические эквиваленты химических реакций)
Синтез при комнатной температуре некоторых сложных нитроэфиров иалифатических нитросоединений	Осушествление различных биореакций нитрофикации и денитрофикации	Новые высокоэффективные топлива и взрывчатые вещества
Биоматериалы Биоволокна
Расширение маштабов синтеза шелковых волокон	Синтез шелковых волокон или их элементов в лаболаторных условиях	Синтез других высокопрочных Биоволокон
Синтез при комнатной температуре некоторых сложных нитроэфиров иалифатических нитросоединений	Осушествление различных билреакций нитрофикации и денитрофикации	Новые высокоэффективные топлива и взрывчатые вещества
Биополимеры
Отработка технологий и повышение обьёма производства установок по синтезу некоторых термопластиков и полуфабрикатов для их производства	Опытная промышленная установка биосинтеза термопластиков и полуфабрикатов для их производства	Промышленное производство и широкое использование биосинтезированных пластиков и сополимеров
Эластомеры
Поиск микроорганизмов,анализ свойств конечных продуктов,разведение чистых культур микроорганизмов (клонированный синтез)	Оптимизация материалов и технологических Процессов,создание опытно-промышленных установок	Серийное производство уплотнительных прокладок,покрытий и амортизаторов
Биоклеяшие вешества
Создание на базе лаболаторных образцов установок для медицинских биоклеев,классификация и лицензий на их применение федеральным агенством по продовольствию и медикаментам	Серийное производство и ограниченное использование в медецине биоклеев	Окончательное разрешение на использование биоклеев при лечении раненых
Биозлектроника
Создание на базе лаболаторных образцов установок для медицинских биоклеев, классификация и лицензий на их применение федеральным агенством по продовольствию и медикаментам	Серийное производство и ограниченное использование в медецине биоклеев	Окончательное разрешение на использование биоклеев при лечении раненых
Биозлектроника
Опытно-промышленная установка по производству металлизированных тубул Испытание экранирующих покрытий Простейшие переключающие устройства Простейшие самоорганизующие схемы Поиск экономичных методов производства биокерамики	Конструкционные композиты для СВЧ техники.Использование экранирующих покрытий в серийной аппаратуре .Улучшенные переключающие устройства. Улучшенные самоорганизующие устройства.	Изготовление конструкций для мощных СВЧ устройств. Электронные схемы с высокой плотностью.Интеграция в системы самоорганизующихся(в ходе биопроцессов) схем.
Биокерамика
Поиск экономичных методов производства биокерамики.	Выявление ключевых механизмов образования структуры материалов.	Отработка технологии производства сверхстойкой керамики и композиционных керамических материалов с полимерной матрицей.
Демонстрация достижений биотехнологий Биоматериалы
Производство полимеров и сополимеров в виде листов и лент.	Опытное применение биополимеров и их испытания.	-
Биологическая очистка
Лаболаторная демонстрация разрушения тетрахлорэтилена. Установка по разрушению нитроароматических углеводородов.	Создание эксплутационных установок за счёт 100-процентного маштаброго воспроизведения лаболаторной установки.	-
Биоклеяшие вешества
Демонстрация механической прочности и психологической приемлемости использования биоклеев в медецине. Использование биоклеев при лечении повреждений глаз у животных.	Демонстрация эффективности биоклеев при лечении ран и сращивания костей. Демонстрация использования биоклеев при ремонте композитов и конструкций из них.	-

Таблица 2

Области исследований технологий,
их цели и возможные результаты

Области исследований	Цели и возможные результаты
Биодатчики: оптические функциональние биомолекулярные ион-детекторы	Быстрое обнаружение и распознавание отравляющих веществ,токсинов,наркотиков и взрывчатых веществ;неакустическое обнаружение подводных лодок.
Биопроцeссоры : биодеградация отходов биологические методы удаления краски применение энзимных моющих препаратов и поверхностно-активных веществ биологические способы обогащения руд синтез высокоэнергетических материалов биоразложение высокоэнергетических материалов	Снижение стоимости хранения и переработки вредных отходов Исключение использования экологически вредных растворителей при удалении краски с военной техники. Повышение качества моющих дегазирующих и дезактивирующих составов. Извлечение с высокой интенсивностью стратегических металлов из обеднённых руд. Снижение стоимости высокоэнергетических материалов и безопастности обращения с ними. Экологически чистое и дешевое уничтожение высокоэнергетических материалов.
Биоматериалы : рекомбинатные волокна биосинтезированные полимеры биоэластомеры материалы,препятствующие обрастанию поверхностей техники и сооружений инородными веществами биоклеи билогические смазочные материалы микрокапсулированние	Получение новых лёгких и высокопрочных материалов. Создание легких и прочных композитных материалов, а также конструкций для летательных аппаратов. Изготовление саморазрушаюшихся материалов для средств индивидуальной и коллективний защиты. Создание покрытий, герметиков уплотнителей и заливочных компаундов с улучшенными механическими и химимческими свойствами. Разработка эклогически чистых покрытий для судов ,зданий и объектов. Получение материалов с уникальными механическими свойствами,совместно с живыми тканями. Создание микрокапсулированных препратов крови.
Биоэлектроника: Новые литографические методы тонкоплёночные самоформирующиеся млекулярные решетки и переключатели	Снижение стоимости микросхем. Повышение плотности упаковки и увеличение скорости операций;создание трёхмерных логических информационных систем.
Улучшенные методы металлизации биобутул и композиций	Создание новых устройств хранения энергии