Природа кирпичиков. Умные материалы для транспортировки лекарств сделают из органики.

Московский физтех всегда был брендом. Образование, полученное в стенах этого вуза, высоко ценилось не только в нашей стране, но и во всем мире. Одним из принципов его работы было наличие базовых кафедр в ведущих институтах Российской академии наук. Исследования в основном проводились вне стен института под руководством ведущих российских ученых. В последние годы на базе вуза стали создаваться собственные исследовательские лаборатории. Одну из них — Лабораторию функциональных органических и гибридных материалов — создал и возглавил выпускник Физтеха, более 20 лет проработавший в европейских университетах и научных институтах, Дмитрий Иванов. В 1988 году он с красным дипломом окончил факультет физико-химической биологии МФТИ. Работал в Институте физической химии РАН, а в 1994 году уехал за границу. Семь лет он возглавлял экспериментальную лабораторию физики полимеров в Свободном университете Брюсселя, будучи профессором. Затем перешел в Национальный центр научных исследований во Франции (CNRS), где возглавил Институт химии поверхностей и интерфаз. В настоящее время он руководит международными научными проектами, в которых, наравне с российскими и французскими учеными, участвуют коллективы из Великобритании, Германии, США.

“Система, где все без исключения лаборатории находятся в стенах вуза, не всегда достаточно мобильна, — поделился своими размышлениями Дмитрий Иванов. — Меняются приоритетные научные направления, уходят на пенсию ведущие ученые. Наличие лабораторий на базовых кафедрах в институтах, конечно же, имеет некоторые преимущества, придавая необходимую динамику в выборе тем для исследования, да и в самой исследовательской работе. Но не менее важно иметь собственные научные лаборатории в самом университете, проводить эксперименты в стенах вуза, развивать и сохранять собственные научные школы. Моя лаборатория в Московском физико-техническом институте фактически была создана в конце 2015 года, когда специально под нее было выделено помещение. До этого она некоторое время существовала вне стен университета. Были проекты, были студенты, но работали мы в основном на оборудовании Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова. Там в 2011 году по программе мегагрантов я создал на базе факультета фундаментальной физико-химической инженерии Лабораторию инженерного материаловедения по тематике “Функциональные системы — “мягкие” среды на поверхности”. Она оснащена современным научным оборудованием: аппаратурой для рентгеноструктурного анализа, нанокалориметром, динамическим и термомеханическим анализаторами, оптическим и стереомикроскопами. Значительная часть студенческих работ была связана с анализом и обработкой готовых данных, в том числе полученных в результате экспериментов на синхротроне в Гренобле (Франция). В последние годы Россия как член консорциума, вкладывающий деньги в модернизацию синхротрона и поставку оборудования, имеет серьезные квоты на его использование. 

Лаборатория на Физтехе пока очень молодая, она в стадии роста. Сейчас в ней трудятся четыре кандидата и доктора наук, одна аспирантка, девять студентов. В этом году я планирую увеличить численный состав лаборатории, подумать о ее оснащении, инициировать новые научные проекты”.

Материалы, которыми занимаются в лаборатории, имеют органическую и гибридную природу. Это мягкие среды, которые очень чутко реагируют на внешние воздействия, например изменение температуры или PH среды. Необычные свойства этих материалов позволяют использовать их для разработки систем точной доставки лекарственных препаратов в организм человека. Проект называется “Создание умных композиционных материалов с наноконтейнерами на основе микрогелей”. 

“Мы изучаем жидкие кристаллы не одно десятилетие, — пояснил Д.Иванов. — Встроенные в полимерную матрицу, они могут иметь заданный порядок и свойства, выполнять функцию наноконтейнеров для лекарств, имея при этом гидрофильную или гидрофобную природу. Основная идея заключается в том, чтобы сделать наноструктурированные пространственно упорядоченные каркасы. Полимерные системы по определению состоят из мономеров (то есть кирпичиков), где длинная цепочка молекул может быть построена, например, из повторяющихся кирпичиков одного вида. Но цепи могут иметь и более сложное строение, состоять из разных кирпичиков. И тогда нам интересна не только природа каждого из кирпичиков, но и каким образом они распределены в блоках. Зная свойства отдельных кирпичиков, мы можем программировать состав блоков и управлять как их физическими свойствами, так и их распределением в пространстве. Уникальной особенностью полимерных жидких кристаллов является то, что у отдельных сегментов полимерной цепи есть подвижность, но в то же время молекулы упорядочены в пространстве. Эти свойства мы будем использовать при создании нанокаркасов для хранения и транспортировки лекарств. Пока это наука будущего, научно-исследовательские разработки, далекие от внедрения. Но у нас уже есть вещества, на которых мы отрабатываем системы доставки нового поколения. Это прототипы лекарственных препаратов. Мы хотим показать необычные способности этих систем, а затем внедрить новые принципы доставки лекарств. Это непростая задача. Общеизвестно, что в медицине зачастую от идеи по созданию нового лекарства до ее практической реализации проходят десятилетия”.  

Под руководством Дмитрия Иванова реализуются еще три проекта в рамках Федеральной целевой программы “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы”. Все они должны быть завершены до конца этого года и имеют прикладное значение. 

Первый проект — создание нового исследовательского комплекса “Нанолаборатория на чипе”, ядром которого будет нанокалориметр. Преимущество комплекса — в возможности интегрировать его с такими востребованными экспериментальными методиками, как сканирующая зондовая микроскопия, оптическая и Рамановская микроскопия, традиционная рентгеновская дифракция, а также нанофокусная синхротронная рентгеновская дифракция. Второй проект связан с созданием полимерных солнечных батарей. Они имеют достаточно высокий коэффициент полезного действия и позволяют изготавливать устройства с толщиной слоя в субмикронном диапазоне. Благодаря небольшому расходу материалов, органические солнечные элементы будут значительно дешевле и эффективнее для производства источников возобновляемой энергии. Третий проект предполагает создание технологии получения биоразлагаемых материалов на основе вторичного полимерного сырья. Ученые предлагают вводить в полимер наполнитель с нанесенным на его поверхность активатором разложения — органо-модифицированный монтмориллонит. Благодаря наполнителю ультрафиолетовое излучение и влага в условиях полигона будут нарушать целостность полимерных молекул, делая их пригодными для переработки бактериями. 

На днях научные воспитанники Д.Иванова примут участие во II Всероссийском научном форуме “Наука будущего — наука молодых”, который состоится в Казани. По мнению ученого, форум станет одним из главных научных событий года. Финалисты конкурса научно-исследовательских работ Минобрнауки встретятся с российскими и иностранными учеными с мировым именем. Отдельная франко-российская секция, организуемая Д.Ивановым с участием работников французского посольства, будет посвящена новым материалам, производственным технологиям и процессам. В ее работе примет участие посол Франции и весь аппарат посольства, отвечающий за развитие научных и культурных связей с Россией. 

“Дмитрий Анатольевич, где вы больше времени проводите — в России или за рубежом?” — интересуюсь у исследователя. “Современная наука очень мобильна. Это постоянные эксперименты, участие в конференциях, я не сижу на месте”, — ответил он.