Международная лаборатория Университета ИТМО «Растворная химия передовых материалов и технологий»

Открываем и внедряем: как растворная химия лечит болезни и тушит пожары

В минувшем 2015 году свой первый день рождения отпраздновала международная лаборатория Университета ИТМО «Растворная химия передовых материалов и технологий». За год ученые смогли провести ряд исследований, каждое из которых можно назвать прорывом в отрасли: используя методы растворной химии, они придумали новые способы лечить болезни, тушить пожары и воскрешать белки.

Научные группы, в которые входят специалисты Университета ИТМО и их иностранные коллеги, занимаются исследованиями самого разного профиля: среди них проектирование сверхзащищенных линий связи, изучение невидимости и амбициозные эксперименты с самым большим в мире количеством участников. Большинство международных научных подразделений было создано в рамках реализации Проекта 5−100, который призван поднять качество российского образования и науки до уровня лучших мировых вузов. Поэтому лаборатории заняты не только в академических исследованиях, но и проектах, которые формируют в стране экономику знаний и развивают Университет ИТМО как предпринимательский вуз. Один из успешных кейсов такой работы показывает международная лаборатория «Растворная химия передовых материалов и технологий». Мы подготовили обзор проектов подразделения, по которым уже ведется совместная работа с индустриальными партнерами.

Университет ИТМО. Владимир Никифоров, Давид Авнир, Владимир Виноградов.
Университет ИТМО. Владимир Никифоров, Давид Авнир, Владимир Виноградов.

Голограмма за пять минут

Радужные голограммы, которые повсеместно используют для борьбы с фальсификацией — на банкнотах, ценных бумагах, этикетках и упаковке, переливаются разными цветами благодаря микрорельефу на поверхности пленки-носителя. Чтобы голограмма сохраняла свои свойства, рельеф необходимо покрыть защитным слоем. Простой лак не подойдет: он заполнит перепады высот, и радужная пленка станет прозрачной, поэтому производители голограмм напыляют на них слой металла или диэлектрика при помощи вакуумных технологий. В результате создание голографических наклеек стоит недешево, а следовать всему технологическому процессу имеет смысл только при производстве крупных партий. Однако ученые из лаборатории растворной химии создали специальный состав, благодаря которому голографические изображения и текст можно печатать даже на обычном струйном принтере. Нанокристаллические чернила из коллоидного раствора диоксида титана формируют маскирующий слой, который сохраняет визуальные эффекты благодаря высокому показателю преломления в видимом диапазоне света. Если напечатать этими чернилами что-либо на радужной пленке, а потом покрыть ее лаком, то переливаться будет только напечатанный орнамент.

Университет ИТМО. Голограмма за пять минут
Университет ИТМО. Голограмма за пять минут

«Для того, чтобы создать голографическую визуализацию одного лишь изображения, сегодня тратятся огромные средства: необходимо создать образец, смоделировать, провести трехмерное вытеснение на поверхности носителя. К тому же вакуумные технологии не обеспечивают должного сцепления, голограмма со временем начинает расслаиваться, теряет яркость. Наша же технология обеспечивает надежность: изображение можно тереть, мять, оно остается стабильным, а это очень важно, так как сегодня рынок изготовления специфической голопродукции увеличивается год от года. Разработка уже передана нашим партнерам по этому направлению, с которыми Университет ИТМО планирует совместную коммерциализацию», — объясняет руководитель работы и главный научный сотрудник лаборатории Александр Виноградов.

Лекарство-магнит

Другая крупная область применения методов растворной химии — медицина. К примеру, одна из последних статей сотрудников лаборатории на эту тему была опубликована летом 2015 года в Journal of Medicinal Chemistry: они предложили материаловедческий подход к решению проблемы тромбоза у людей с сосудистыми имплантатами. Для лечения некоторых болезней кровеносной системы врачи устанавливают пациентам искусственные сосуды и стенты, и если пациент не будет после этого регулярно принимать лекарства, снижающие свертываемость крови, то в районе операции с очень высокой вероятностью скоро образуется тромб. Чтобы этого избежать, ученые разработали покрытие для этих имплантатов, которое обеспечивает постоянную концентрацию тромборазрушающего фермента на опасном участке. В обычных условиях организм человека атакует и разрушает препарат, но благодаря особой наноархитектуре покрытия иммунная система «не замечает» фермент, который в это время успешно борется со сгустками крови (подробнее читайте здесь).

Лекарство для лечения атеротромбоза в действии
Лекарство для лечения атеротромбоза в действии

Ученые продолжают развивать эту тему: в конце 2015 года стало известно, что Российский научный фонд поддержит их исследования по созданию препарата для лечения атеротромбоза, который будет бороться как с тромбами, так и с их причиной — атеросклеротическими бляшками. Здесь сотрудники лаборатории растворной химии объединят опыт работы над тромболитиками с другой своей разработкой — магнитной жидкостью. Если препараты для имплантирования нашли интерес в реальном секторе экономики, но коммерциализация пока остается в планах, то стартап «Аквамагнит» успешно прошел акселерационную программу Университета ИТМО Future Technologies, занял первое место в конкурсе проектов и перешел к фазе активного поиска инвестиций. «Аквамагнит», в отличие от аналогов, под воздействием магнитного поля не собирается в твердые фракции, а продолжает вести себя как жидкость. При этом вещества в его составе одобрены для внутривенного введения в организм человека, то есть «Аквамагнит» как нельзя лучше подходит для адресной доставки лекарств непосредственно к больному органу.

Огня не будет

Принцип действия разных пен для тушения пожаров отличается друг от друга, но одним из основных продуктов на этом рынке являются пленкообразующие пены на водной основе (Aqueous film forming foams, AFFF). Как понятно из названия, они останавливают распространение пламени за счет того, что образуют на горящей поверхности тонкую пленку, которая прекращает подачу кислорода и сбивает огонь. Но у них есть один недостаток: жидкость начинает испаряться на нагретых участках и стекает с гладких поверхностей, а значит, пожар может разгореться снова.

Университет ИТМО. Испытания новой огнетушащей пены
Университет ИТМО. Испытания новой огнетушащей пены

В лаборатории растворной химии предложили решение и для этой проблемы. Совместно с научно-производственным объединением «Современные пожарные технологии» (НПО «СОПОТ» Санкт-Петербург) ученые разработали специальную двухкомпонентную композицию, которая в процессе распыления начинает собираться в каркасы. На любой горящей поверхности, будь то стекло, металл или пластик, образуется твердая керамическая пена, которая при нагреве становится только прочнее. Она быстро тушит огонь, мешает загореться новому и не разрушается при температуре вплоть до 1000 градусов Цельсия. К тому же эта пена полностью безопасна для окружающей среды: в период летних лесных пожаров она может неделями блокировать возможные возгорания, а под воздействием воды полностью разлагается менее чем за три дня.

«Идею создать новое огнетушащее средство на базе структурированных частиц кремнезема подали Александр и Владимир Виноградовы, мы ее подхватили и создали свою лабораторию взрывопожаротушения, — рассказывает гендиректор НПО „СОПОТ“ Геннадий Куприн. — В ней мы занимаемся разработкой средств, которые позволили бы подавать полученные составы на большие расстояния. Сегодня в нашем распоряжении находятся шестиосный автомобиль, тягач, малые устройства, которые можно применять при тушении военных объектов и лесных пожаров. Совместно с НИИ лесного хозяйства мы проводили испытания, которые показали, что эта пена может сдерживать распространение огня очень долго — день, три, месяц. Это феноменальный результат, но сегодня еще не все осознают, что этим нужно воспользоваться и как именно это делать».

Университет ИТМО. Испытания новой огнетушащей пены
Университет ИТМО. Испытания новой огнетушащей пены

Год в числах

Добавим, что этими четырьмя проектами деятельность лаборатории не ограничивается. К примеру, в минувшем году ученые из лаборатории открыли ранее неизвестный механизм воскрешения белков после температурной денатурации, который к тому же вдвое повышает их изначальную активность, создали магнитные пленки для создания жестких дисков будущего и нанокомпозиты с улучшенными показателями управления светом в магнитном поле. В числе академических достижений за год работы — десять опубликованных научных статей со средним импакт-фактором 5,1. По словам соруководителя лаборатории из Еврейского университета в Иерусалиме Давида Авнира, высоту и качество результатов определяет не столько талант, сколько кропотливая работа.

«Волшебного рецепта успеха не существует — если бы он был, то все пользовались бы им, как инструкцией. Те результаты, которых добилась лаборатория растворной химии, стоят на плечах провалов и безуспешных экспериментов. Но нужно не бояться идти на риск, потому что чем выше риск, тем выше может быть выигрыш, — говорит Давид Авнир. — Есть ученые, которые начинают с поиска какого-то решения, изначально работают над тем, чтобы создать что-то определенное. Но я не верю в этот подход: мишень перед глазами мешает замечать другие цели. Но, если начать с широкой идеи, базовой технологии, ее развитие может привести к массе разных направлений. И это именно то, что происходит в лаборатории сегодня».

Университет ИТМО. Владимир Виноградов
Университет ИТМО. Владимир Виноградов

Соруководитель лаборатории Владимир Виноградов считает, что современным научным подразделениям важно не только демонстрировать академические достижения, но и выдавать конкретный продукт, востребованный рынком.

«Нам удалось создать два коммерчески успешных проекта. Они привели инвесторов, которые интересуются нашими технологиями, и, хотя наша лаборатория является не вполне профильной для Университета ИТМО, она подтягивает новые точки роста, новые специальности, новых студентов, — комментирует он. — Кроме того, мы собрали работающую команду молодых специалистов, средний возраст которых — 24 года. И эти ребята создают науку высочайшего уровня и продукт, способный успешно конкурировать на рынке».

Редакция новостного портала
Персоны
  • Александр Виноградов

    Сотрудник Международной лаборатории «Растворная химия передовых материалов и технологий» Университета ИТМО

Архив по годам:
Пресс-служба