Как в Пущино развивают нанотехнологии

Экскурсия в лабораторию наноструктур и нанотехнологий ИТЭБ РАН

В конце 2000-х в России провозгласили курс на развитие нанотехнологий. Что это такое, толком никто не знал, но шума было много. Главной по «тарелочкам» назначили компанию «Роснано» в лице ее директора Анатолия Чубайса.

Экскурсия в лабораторию наноструктур и нанотехнологий ИТЭБ РАН
Виктор Морозов показывает работу устройства с нанофильтром

Прошли годы, имя знаменитого «приватизатора» если и всплывает в СМИ, то в контексте вопроса «где деньги, Зин?», о результатах работы же предпочитают помалкивать. Нанотехнологии тем временем в стране активно развиваются, только не там, где на них сделали ставку, а в обычных академических институтах, где, не торопясь, занимаются нормальной фундаментальной наукой. Одна из таких скромных житниц нанотехнологий располагается в Пущино в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН. Итак, отправляемся в лабораторию наноструктур и нанотехнологий, которой заведует доктор физико-математических наук Виктор Морозов.

Все идет в дело

В коридорах ИТЭБ я не раз слышала, что лаборатория Морозова оборудована лучше всех в институте, а может быть, и во всем Пущино. Причина тому — хорошие гранты научных фондов. В прошлые годы, когда международная обстановка позволяла, Морозов получил четырехлетний грант по программе биологической защиты от правительства США, что позволило модернизировать лабораторное оборудование, затем подтянулись Сколково, РНФ, РФФИ. Фонды охотно поддерживают исследования Виктора Морозова, потому что они — уникальны. А вот экономика, к сожалению, к ним не восприимчива, как и к прочим нашим инновациям. Не интересны отечественному бизнесу рискованные высокотехнологичные проекты, пока можно получать сверхприбыли от перепродажи китайского ширпотреба и природных ресурсов.

Лаборатория Морозова не только самая навороченная, но и самая малочисленная. Помимо руководителя там работают кандидаты химических наук Елена Шляпникова, Юрий Шляпников, Игорь Канев, Андрей Михеев и инженеры Александра Головненкова и Виталий Семенов.

Сотрудники лаборатории наноструктур и нанотехнологий

Впрочем, дорогое аналитическое оборудование для них — только необходимая часть исследований. Главные рабочие установки Виктор Морозов с коллегами делают сами с помощью подручных средств и напечатанных на 3D-принтере деталей. Технические навыки Виктору Николаевичу привили во время учебы на физико-техническом факультете Харьковского университета. Он изучал там физику атомных реакторов и ускорителей, но быстро понял, что эта область ему не подходит. На один эксперимент там уходят года, да и проводить самостоятельное исследование практически невозможно для молодого исследователя. Как-то он прочел статью профессора Симона Шноля в журнале «Знание-сила», загорелся и приехал в Пущино к нему в лабораторию делать диплом. Так и остался. То время в Пущино, начала 1970-х, он считает лучшим для молодых людей, мечтавших заниматься наукой. Здесь он увлекся биологией и биофизикой. Докторскую диссертацию защищал по теме механических свойств белковых молекул. В 1990-м уехал в США, где проработал 12 лет. В Пущино вернулся автором уникальных технологий и обладателем двух десятков патентов.

Нанофильтр против туберкулеза

О нанофильтрах Морозова не первый год рассказывают наши СМИ, очередная волна публикаций прокатилась в начале 2016 года. Но одно дело — читать и другое — видеть своими глазами. Нанофильтры похожи на тончайшие прозрачные вуальки, вставленные в круглые рамки. Они рядками лежат в коробке, готовые к использованию. Ученый берет одну из них и дует. Нанофильтр поднимается вверх, и пока он кружит над нами, я успеваю выслушать маленькую лекцию.

— Эта пленочка примерно в тысячу раз легче, чем листок бумаги такого же размера, и она состоит из волокон в десять тысяч раз тоньше человеческого волоса. Ее можно сделать даже прозрачнее, чем оконное стекло. В пленке очень мало полимера, но она способна задерживать наноаэрозоли и бактерии, — говорит Виктор Николаевич.

Где создают нанофильтры и наноаэрозоли

Где создают нанофильтры и наноаэрозоли

Смотрите фотогалерею по теме

Нанофильтр делают из капрона с помощью электропрядения. Эта технология известна уже почти сто лет. В середине прошлого века в рамках атомного проекта ее приспособили для создания тончайших фильтров, чтобы очищать воздух от радиоактивных частиц. Виктор Морозов технологию усовершенствовал и сам сделал установку для создания нанофильтров. Предложил свои услуги медикам. Так родился проект по поиску маркеров туберкулеза. В туберкулезной клинике при Первом московском государственном медицинском университете им. И.М.Сеченова с помощью пылесоса и нанофильтров собирали пыль из воздуха в палатах, и анализировали на присутствие признаков патогенов. Методика получилась очень чувствительной. Нанофильтр в комбинации с чувствительным методом анализа ДНК микобактерии оказался способен обнаружить всего 2-3 бактерии в кубометре воздуха палаты.

Сейчас ученый проводит новое исследование по поиску биомаркеров туберкулеза вместе с ЦНИИТ РАМН в Москве (лаборатория проф. И.В.Лядовой). Задача непростая, ведь большинство людей носят в себе бактерии туберкулеза. Как отличить здорового человека, от начинающего заболевать? Пока иммунитет силен, он борется с патогенами, держа их в спящем состоянии. Но в какой-то момент может начаться активная фаза. У человека развивается кашель, на рентгене появляются затемнения в легких. Так вот, ученые хотят определять туберкулез на самой ранней стадии, до того как появятся эти клинические признаки. А значит, нужно найти такие вещества — маркеры заболевания, которые есть только у больных, а у здоровых или медперсонала, который часто контактирует с больными, они бы отсутствовали. Проблема в том, как достать эти маркеры из легких, если речь идет о легочной форме туберкулеза.

— Мы разработали простое одноразовое устройство для сбора таких маркеров из легкого. Больной дышит туда, воздух проходит через фильтр, на нем остаются какие-то биочастицы. Мы их собираем и анализируем, — рассказывая, Виктор Морозов надевает маску, и показывает мне, как работает прибор. А затем подробно объясняет принцип.

— Когда мы выдыхаем, в воздухе кроме воды, углекислого газа, каких-то молекул, которые дают запахи, есть небольшое количество микрокапелек, которые идут из глубины легких. А получаются они, когда мокрые стенки легочной ткани соприкасаются, а затем контакты расходятся, образуя жидкий мостик. При его разрыве вылетает очень маленькая капелька размером в 0,2-0,3 микрон. В кубическом сантиметре выдыхаемого воздуха может содержаться от одной до десятка таких капелек. Фильтрование выдыхаемого воздуха — самый легкий способ их собрать. Иначе человека нужно было бы положить на стол, залить в легкие физиологический раствор, а потом откачать раствор вместе с легочной жидкостью. Делается это под наркозом, процедура неприятная.

Проект по поиску маркеров туберкулеза два года поддерживает РНФ. За это время ученые придумали, как собирать микрокапли из легочной жидкости, и определять там антитела, специфичные к микобактериям. Теперь нужно найти специальные маркеры воспалительного процесса. Если удастся отделить с помощью этих маркеров активных больных от здоровых носителей и людей, долгое время контактировавших с активными больными, это будет большим достижением.

О бизнесе и рынке

Ученые не любят говорить о коммерческих перспективах своих разработок. Особенно ученые в Пущино, классическом наукограде, построенном исключительно ради познания тайн природы и Вселенной. Но Виктор Морозов нетипичный представитель отечественного научного сообщества. Все-таки, долго работал в США, где, наверное, и снег могут выгодно продать эскимосу. В разговоре со мной он сам затрагивает тему внедрения.

— Я пару раз в Минздрав направлял бумагу, что целесообразно с помощью наших нанофильтров проверять воздух в самолетах, которые летят из зон эпидемий. Мне ничего не ответили. Сейчас наши фильтры тестируют ученые с биофака МГУ. Ловят патогены в воздухе на станциях метро. Такие устройства можно и в тюрьмах использовать, где туберкулез распространен. А еще мы сделали носовые фильтры.

Ученый берет куски белого пластика и вставляет себе в ноздри. Выдыхаемый воздух фильтруется, и все аэрозольные загрязнения осаждаются на пленке. Потом их можно анализировать. Для разработки прототипа носового фильтра при поддержке фонда Бортника был создан стартап. Но это только начальный этап, производство таких носовых фильтров потребует огромных вложений, ведь линий по выпуску таких устройств не существует в природе, их надо создавать с нуля. Чтобы фильтры были дешевы и доступны всем, необходимо их массовое производство, но организация окажется весьма затратной на начальном этапе.

Где создают нанофильтры и наноаэрозоли

Где создают нанофильтры и наноаэрозоли

Смотрите фотогалерею по теме

— Я давно усвоил, что наука действует по свои законам, а бизнес — по своим. Где рынок для нанофильтров? — говорит Виктор Морозов и тут же сам отвечает. — Например, в Китае и Японии. Люди там ходят в масках. Я недавно побывал в Пекине, это очень загрязненный город.

Уменьшаем дозу

Другое направление работы лаборатории Морозова — наноаэрозоли. Некоторое время они развивали его на деньги американского налогоплательщика. Делали приборы для распыления наноаэрозолей, а в США пытались с их помощью лечить мышей от легочной формы туляремии — опасного бактериального заболевания, похожего на сибирскую язву. Больные мышки сидели в камере, куда поступал антибиотик в форме наноаэрозоля. Оказалось, если лекарство доставляется в легкие в виде наноаэрозоля, то, чтобы вылечить животных, нужно в сто раз меньше лекарства, по сравнению с его количеством в таблетках.

При поддержке Сколково Виктор Морозов создал компанию «BioNanoSpray», а на грант фонда Бортника начал разработку установки для производства наноаэрозолей. На этом дело стало. Далее нужен серьезный инвестор для проведения доклинических испытаний наноаэрозольных лекарств, их эффективности, побочных эффектов и т.п.

— Может «Роснано»? — предположила я.

— Увы, у них нет к нам интереса.

К счастью, фундаментальной науке инвестор не нужен, а посему ученые продолжают развивать свою технологию. В этом году они сделали новую установку для производства наноаэрозолей и собираются ее патентовать.

— В случае наноаэрозольных лекарств мы имеем дело со странной биологией, которую еще не совсем понимаем, — говорит ученый. — Например, — если дышать наноаэрозолем кофеина, то бодрость наступит от количества примерно в десять тысяч раз меньшего, чем от того, что содержится в чашке кофе.

Как наноаэрозоль будет взаимодействовать с легкими? Что происходит при контакте наноаэрозольной частицы со слоем сурфактанта, которым покрыты наши легкие? Насколько вообще безопасен наноаэрозоль? На эти вопросы еще предстоит найти ответы. Но перспективы потрясают воображение. Представьте себе, что доза лекарства, которая требуется для лечения, снизится в сотни тысяч и миллионы раз. Таблетки не нужны, достаточно будет немного подышать над прибором.

Где создают нанофильтры и наноаэрозоли

Где создают нанофильтры и наноаэрозоли

Смотрите фотогалерею по теме

Опубликован в газете "Московский комсомолец" №5 от 25 января 2017

Заголовок в газете: Фильтруем помаленьку

Что еще почитать

В регионах

Новости региона

Все новости

Новости

Самое читаемое

Реклама

Автовзгляд

Womanhit

Охотники.ру