Ранняя диагностика рака, хранение информации на молекулах, гибкие энергосберегающие дисплеи – о перспективных научных исследованиях ученых-химиков Крымского федерального университета им. В.И. Вернадского, сотрудничестве с российскими и зарубежными коллегами рассказал профессор кафедры общей и физической химии Таврической академии КФУ Алексей Гусев.

Тенденции последних лет говорят о том, что химия как наука вновь становится востребованной обществом, точнее, экономикой страны?

Если начинать говорить о науке, то, конечно, сразу вспоминается школа, поскольку первый интерес к научным исследованиям должен бы просыпаться еще в школе. Но когда спрашиваешь абитуриентов, поступающих в наш университет, какой у них самый нелюбимый предмет, к сожалению, многие называют именно химию. Отчасти это объективная причина. Не всегда уровень подготовки учителей соответствует требованиям. Чего греха таить, в школах часто химию читают учителя биологии или географии. Химия имеет свою специфику при обучении. Все-таки она находится не совсем на стыке точных наук, таких, как математика и физика, а скорее описательных, то есть ближе к биологии и географии.

Это еще и очень сложный предмет.

Безусловно. Чтобы знать его, кроме всего прочего, нужно сочетать точность и умение правильно описывать явления, которые в химии происходят. И, к сожалению, школьников, которые интересуются химией даже не как наукой, а просто на уровне образования, не так много. Есть мнение, что наука – это возможность людей решать свои интересы за государственный счет.

Отчасти я, может быть, соглашусь с этим по одной простой причине: нельзя без интереса со стороны исследователя, сделать что-то новое. Нельзя просто прийти и сказать: давайте откроем что-то новое. Должен быть первоначальный интерес. И самое главное: почему ограничиваются научные исследования и даже интерес к ним? Потому что сразу требуют практического применения. Но не всегда практическое применение видно на поверхности. Я люблю студентам приводить несколько примеров. Например, о знаменитых сульфаниламидных препаратах (антибиотиках) – стрептоциде и прочих, которыми мы сейчас продолжаем пользоваться. Как химические соединения они были известны еще в начале XIX века. Но, с точки зрения химика, этот вид исследований – тупиковый. И только когда в первой половине XX века обнаружили антибактериальные свойства этого класса соединений, вот тогда пригодился весь арсенал информации, которая накопилась за 100 лет. Поэтому сказать, что исследования, которые сейчас проводят химики, биологи, физики, дадут практическую отдачу уже сегодня или завтра, нельзя.

Таких исследований мало, это чисто прикладные исследования. Тем не менее мы, занимаясь фундаментальной наукой, конечно, не забываем и о «хлебе насущном» – прикладных исследованиях. И пытаемся собственные интересы коллектива нашей кафедры реализовать в виде фундаментальных открытий и прикладных исследований.

Над чем ученые-химики КФУ работают сейчас?

К примеру, работаем с двумя классами веществ. Первые – это так называемые оптические материалы. То есть светящиеся, если говорить языком обывателя. Мы, в принципе, с самого рождения встречаемся с этими материалами. Это, например, лампы дневного света и диодные, дисплеи планшетов, телефонов, компьютеров. Они стали настолько обыденными, что спроси любого человека, как они устроены и работают, то, наверное, никто и не скажет. Даже если говорить о ламповых телевизорах, то только специалисты узкого круга знают, почему они давали хоть и плохонькое, но цветное изображение. Так вот, мы как раз и занимаемся тем, что создаем вещества, которые потенциально могут быть использованы, в том числе и для создания дисплеев.

Но это только одна, не самая, может быть, главная область применения. Как мы знаем, 90% информации наш организм получает через зрение, поэтому любой оптический сигнал – это достаточно большой источник информации, которую наш мозг может обрабатывать. В частности, отклик любой системы на какое-то раздражение может проявляться в виде оптического сигнала. И одно из направлений, по которому мы работаем – создание специальных сверхчувствительных сенсоров. Это вещества, которые в обычных условиях не светятся, а при добавлении каких-то компонентов, маркеров, например, в крови (если речь идет о каких-то медицинских исследованиях) этот компонент начинает светиться. Как только появляется свечение, для нас – это сигнал того, что появляется какой-то маркер. Например, для ранней диагностики беременности делается тест. Примерно та же логика используется при создании светящихся сенсоров. Только сигнал проявляется не в форме, а в виде свечения какой-то точки. Особенно большую роль это будет играть, да и сейчас, наверное, уже играет, при ранней диагностике раковых заболеваний. Поскольку основная проблема в этом случае заключается в том, что раковая клетка, когда ее еще можно легко удалить без вреда для организма, плохо диагностируется. То есть не видны эти клетки среди прочих других. Поэтому обычно болезнь диагностируют на поздних стадиях. И как раз для ранней диагностики этих клеток наши светящиеся материалы могут быть использованы. Раковая клетка будет как бы искусственно подсвечиваться. И мы сможем увидеть ее в ряду других и уничтожить без вреда для всего организма.

В этом направлении работают многие группы ученых-исследователей. В том числе из Медакадемии КФУ.

Мы делаем, честно говоря, только первые шаги, поскольку оказалось, что наши соединения пригодны для этих целей. Тем не менее, хотя многие научные школы работают над этим уже давно, эффективных сенсоров, совместимых с электронными устройствами, до сих пор еще никто создал. Поэтому мы в тренде этих исследований.

Где еще можно будет применить результаты ваших исследований?

Отчасти наши вещества могут быть использованы для создания новых оптических материалов для электронных устройств. Всем нам нравятся красивые яркие дисплеи, где четко видно изображение, максимально приближенное к реальности. Но чтобы решить эту задачу, потребуется колоссальный труд многих исследователей: физиков, химиков, материаловедов, электронщиков и других. Задача химиков – создать такие вещества, которые будут максимально полно передавать всю цветовую палитру, гамму, которая есть в природе. И мы на кафедре более-менее ее успешно решаем. Но, опять же, это – задача комплексная.

Мы активно над ней работаем вместе с коллегами из японских университетов, Томского государственного университета, которые как раз, используя наши соединения, создают так называемые тонкие пленки, OLED-технологии, используя органические электролюминесцентные устройства. Они как раз являются перспективными материалами для создания поколения дисплеев нового типа, которые с одной стороны будут гибкими, а с другой – энергосберегающими, то есть требуют буквально единицы вольт напряжения и передают всю цветовую гамму. Сейчас ведущие компании – производители электроники – запускают опытные образцы. Но они пока остаются именно прототипами, поскольку еще нет полного набора соединений веществ, которые передают всю цветовую палитру. Поэтому сейчас исследования в этом направлении продолжаются, в том числе наша группа работает.

Второй блок наших исследований – мы занимаемся всеми проявлениями свойств магнетизма. Это явление тоже достаточно загадочное. Магнитики все с детства знают, любят покупать в качестве сувениров. Но мало кто задумывается о том, что кроется за физическим явлением магнетизма. Это явление достаточно серьезное, многие физики занимаются его исследованием. А мы, химики, занимаемся тем, что, как говорят, подносим снаряды для физиков, для их теоретических интерпретаций, поскольку нужно сначала получить соединения, в которых это явление наблюдается. Если на уровне обычных магнитов оно хорошо изучено, то на уровне одиночных молекул, которые проявляют магнитные свойства, это явление достаточно новое, ему не более 15 лет. И сейчас многие мировые научные школы как раз ориентированы на создание так называемых молекулярных магнитов, когда роль магнитов выполняет одиночная молекула. Это колоссальные перспективы хранения информации, поскольку, получается, у нас одна молекула может хранить один бит информации. Если возвращаться к школьному курсу, многие знают, что в одном моле вещества содержится десять в двадцать третьей степени молекул. То есть мы в одном моле вещества можем хранить десять в двадцать третьей степени бит информации.

Даже если только одна из 100 молекул запишет на себя эту информацию, все равно это будет колоссальный объем информации в очень маленьком объеме. Будет прорыв, если мы научимся записывать информацию на одиночные молекулы. Но для этого нам нужно сначала получить соответствующие молекулы с подобными свойствами. Это второе направление, которым мы активно занимаемся. В частности, молекулярными магнитами, соединениями со спиновыми переходами. Это, конечно, термины, понятные узким специалистам, тем не менее, само явление красочное. И мы часто, чтобы «заманить» студентов не страшными научными терминами, а какими-то яркими проявлениями, любим показывать им палитру цветов, которые у нас получаются при облучении ультрафиолетом этих соединений. И ребятам очень нравится наблюдать все цвета радуги, нравится наблюдать спиновые переходы для некоторых комплексных соединений для которых изменение спинового, магнитного состояния, сопровождается достаточно ярким изменением окраски: с бесцветной она становится ярко-малиновой. Конечно, это вызывает у студентов первоначальный интерес к химии, а потом уже и научный.

Но большая наука невозможна без кооперации, без серьезных инвестиций.

К счастью, программой развития КФУ предусмотрено создание Центра химии высоких технологий. Уже закуплено дорогостоящее современнейшее оборудование, которого нет во многих вузах. Узнав о том, что у нас есть такое, многие решили сразу с нами установить тесные контакты. Точнее, они и так у нас есть. Но одно дело, когда мы их просим что-то исследовать на их базе, другое дело, что мы также можем быть полезными для их исследований. То есть современный парк оборудования у нас уже создан и продолжает дальше развиваться.

Более того, мы, несмотря на всякие санкции, продолжаем активно работать с нашими партнерами, можно сказать, друзьями, из японских университетов, из чешского университета Палацкого, Австрийского (Венского) технического университета. Все они продолжают с нами сотрудничать, и мы даем научные результаты соответственно.

И, конечно, работаем с нашей академической наукой: нашими добрыми друзьями из Института общей и неорганической химии РАН, Института химии и технологии элементоорганических соединений (Москва), Краснодарского, Кубанского госуниверситетов, Дальневосточного федерального университета. То есть мы глобально решаем одни и те же задачи, но занимаем свою нишу и продолжаем свои исследования. К счастью, сегодня наука имеет большие перспективы, и мы надеемся на ее дальнейшее успешное развитие.

Это помогает вызвать интерес к химии у молодежи?

Не было бы молодежи, мы бы совсем «умерли». К счастью, есть у нас ребята, которые интересуются химией. Это уже – половина дела, а научить их мы сможем. Но, кроме интереса, у студента должны быть, конечно, достаточно глубокие знания. Ежегодно, с первого курса, мы отбираем, с нашей точки зрения, перспективных ребят. Но жизнь есть жизнь. У многих нет возможности заниматься только наукой. Некоторым это интересно, и они, пока учатся в университете, занимаются наукой. И только единицы продолжают делать это потом. Они, собственно, и есть наша надежда на то, что серьезная наука у нас на кафедре продолжит и дальше развиваться. С другой стороны, многие ребята, к сожалению для нас, но к счастью для них и других научных школ, уезжают в Москву и Санкт-Петербург. А это значит, что уровень подготовки нашего университета достаточен для того, чтобы они занимались серьезной наукой в столицах. В то же время, развивая собственную базу, мы надеемся, что чаще и к нам будут приезжать, чтобы заниматься наукой именно в КФУ.

Елена Озерян