В наносфере — огромные возможности, или как ученые ДВФУ развивают технологии будущего

Валерий ПОСТНИКОВ [текст, фото]

Анастасия КОТЛЯРОВА [фото]

О нанотехнологиях (НТ) сегодня слышали все. Но мало кто их видел своими глазами и представляет, что это такое. Чем занимается эта наука, нам рассказал директор Научно-образовательного центра нанотехнологий Инженерной школы, доцент Кирилл Голохваст. Еще не перейдя условную возрастную границу молодого ученого, он уже серьезный исследователь и при этом весьма разносторонняя личность. Занимается популяризацией науки, является одним из создателей научно-практического журнала «Успехи наук о жизни», с недавнего времени — старшим научным сотрудником Дирекции научно-исследовательского комплекса ДВФУ. А еще он — открытый, доброжелательный и очень увлеченный человек.

— Существует мнение, что работа над НТ — это надуманная проблема, и ничего, кроме отмыва денег, в этом нет. Это неверно. Нано — это будущее производств и цивилизации. Мы же не спорим с тем, что любое вещество имеет атомно-молекулярную структуру. Так вот, нанотехнология (от греч. nanos — «карлик») — это область науки и техники, занимающаяся поиском методов получения новых материалов с заданными нужными свойствами на микроуровне. Можно было бы это непонятное слово заместить другими — «микротехнологии», «молекулярные технологии».

Начало работы над НТ отсчитывают с 1959 года, когда на встрече Американского физического общества в Калифорнийском технологическом университете ученый Ричард Фейнман произнес свою известную фразу о наносфере: «There's Plenty of Room at the Bottom». Ее принято переводить как «Внизу полным-полно места». Но было бы более понятно, если бы мы ее перевели как: «В наносфере — огромные возможности». В России НТ развиваются с начала 2000-х годов, и особенно — после принятия федеральной целевой программы в 2006 году.

— Когда ученые нашего региона присоединились к этому мировому движению?

— На Дальнем Востоке коллективы, работающие в этой области, появились более десяти лет назад. Еще при ДВГТУ в 2010 году был создан Научно-образовательный центр (НОЦ) по направлению «нанотехнологии». В настоящее время НОЦ относится к Инженерной школе ДВФУ. На средства федеральной целевой программы была создана лаборатория, закуплено оборудование более чем на 100 млн рублей. Сейчас мы работаем, но ждем, когда нам выделят окончательное место для размещения лаборатории и вернется назад оборудование, которое находится в Институте химии ДВО РАН.

В целом за четыре года существования НОЦ с 2010 года ученые Инженерной школы по направлению «исследования нанотехнологий» опубликовали более 150 статей из списка ВАК, Scopus и Web of Science, четыре монографии и три учебных пособия.

Так выглядит наноматериал – углеродные нанотрубки

— Мы беседуем в лаборатории нанотоксикологии. Как понимать такое сложное научное определение?

— Существует множество направлений работы над нанотехнологиями. И ученые нашего НОЦ — не единственные, кто ведет такие исследования в ДВФУ. Этим еще занимаются коллективы ученых Школы естественных наук (Людмила Чеботкевич, Александр Самардак, Алексей Огнев и Евгений Пустовалов), Инженерной школы (Александр Гридасов, Василий и Антон Погодаевы, Юлбарсхон Мансуров и Виктор Рева). Но нас в большей степени интересует направление нанотоксикологии — исследование негативного действия наноматериалов на организм. Мы тестируем наноматериалы, преимущественно углеродные, которые потом попадут в производство, и нам важно знать, как они влияют на здоровье и организм людей.

Это очень актуальное направление научной работы. Нанотоксикологией, изучением токсичности наноматериалов, занимаются в мире всего около 10 лет. В Европе на такие исследования выделяются десятки и сотни млн евро. В России лабораторий нанотоксикологии не больше 5—6: в Москве, С.-Петербурге, Новосибирске, Казани и у нас, в ДВФУ. Мы этим занимаемся не ради амбиций, а потому, что это интересно и важно. Я по образованию врач, и мне важно знать, как на легкие и весь организм воздействуют твердые нерастворимые наноматериалы. В этом направлении мы работаем над грантом «Нанобиобезопасность в странах АТР» (Международный грант Научного фонда ДВФУ). Нашим НОЦ на базе университета было проведено уже две международных конференции на тему нанотоксикологии.

— Какие практические исследования в этой области вы ведете?

— Мы работаем еще над одним грантом — «Исследование гранулометрического и вещественного состава атмосферных взвесей городов Дальнего Востока», который исследует влияние наночастиц на экологическое состояние атмосферы. Собираем базу данных и образцов осадков из различных городов Приморского края, Хабаровска, Благовещенска, Петропавловска-Камчатского, из заповедников Дальнего Востока. Даже исследуем образцы из угольных разрезов Кемерово и Кузбасса.

В качестве основного материала для сбора мы используем снег, потому что он хорошо собирает на себя все воздушные взвеси. В растаявшем снеге мы прекрасно видим качество воздуха, по которому он пролетел, а в лаборатории можем узнать состав. Наши исследования показывают, что у нас в атмосферных взвесях присутствует большое количество наночастиц. Эти исследования очень важны, потому что они позволяют совершенствовать работу служб экологического мониторинга и их методы. Каждый год на Пленум гигиенистов в Москву ездит наш ведущий специалист, заведующий кафедрой профилактической медицины ШБМ профессор Павел Кику. По его словам, в России направление мониторинга нано- и микрочастиц в городских взвесях также начинает развиваться, но мы в этом вопросе идем в авангарде и уже как три года публикуем по этой теме статьи в научных журналах.

Образцы содержимого атмосферных осадков

— Можете ли вы описать общую экологическую карту Владивостока по результатам ваших исследований?

— По нашим наблюдениям, одни из самых благополучных по состоянию атмосферы во Владивостоке — это прибрежные районы и загородные. Тут ничего неожиданного нет. Но есть и неприятные находки - ТЭЦ-1 на Первой Речке имеет более опасные выбросы (более мелкая сажа), чем ТЭЦ-2. Как ни странно, на Орлиной сопке мы нашли в снеге достаточно много металлов: видимо, влияют стройки и большие железные конструкции.

Самые проблемные наши районы — вблизи крупных транспортных развязок, рядом с котельной любого уровня. И не удивительно, потому что главный загрязнитель у нас в городе — автомобили. Их у нас по статистике более 300 тысяч. Железная дорога и порт также играют свою роль в загрязнении снега. В общем, можно дать простой совет: нужно жить вдали от любой дороги и любой трубы.

К сожалению, приходится констатировать, что экология острова Русский, с увеличением техногенной нагрузки, может серьезно пострадать. Мы уже три года берем пробы снега в трех точках: мост, канал и кампус ДВФУ. И видим очень тревожную картину. В районе моста из-за автомобильного пресса преобладают микрочастицы опасного класса (менее 10 мкм) с высокой площадью поверхности, что позволяет им еще сорбировать другие токсины. А в нескольких пробах в районе моста были найдены и наночастицы от 40 до 300 нм в доле 25%. Это звучит не очень понятно для специалиста, но, в общем, скажу — опасные показатели. Может, пора подумать о снижении нагрузки на остров?

— На мониторе вашего компьютера я вижу фотографии, сделанные, по-видимому, микроскопом. Что это такое?

— Это фитолиты — минеральные, а точнее, кремниевые микрочастицы в клетках растений. Их исследование — еще одно из направлений нашей работы. Зачем мы этим занимаемся? Поскольку мы изучаем нанотехнологии, нам важно знать, как подобные механизмы работают на естественном уровне, как их делает природа.

В этой области мы начали работу с лекарственных растений — женьшеня, элеутерококка, бадана и других, в том числе и эндемиков (растущих только в определенном регионе мира). Есть очень интересные результаты. Потом мы взялись за поиск фитолитов в морских водорослях. Эти образования в морских водорослях очень интересны, их еще никто в мире не исследовал. Мы надеемся, что эта работа поможет нам расшифровать механизм синтеза и делать нужные для человека кремниевые нано- и микроструктуры.

Исследование фитолитов под микроскопом

— Такое впечатление, что вы беретесь за несколько дел одновременно. Возникает вопрос: как вы все это успеваете? Можете кратко описать вашу творческую, исследовательскую биографию?

— По образованию я врач, окончил Амурскую медицинскую академию (2003). Но еще до вуза старался быть активистом в учебе. В школьные годы я окончил Всероссийскую заочную школу при МГУ им. М.В. Ломоносова по отделению «биология». Еще мне повезло с учителями в школе: получилось выиграть несколько различных олимпиад по биологии, географии и математике — от городских до уровня СНГ (Соросовская олимпиада). Пока учился в академии, работал ведущим на радио, менеджером по рекламе, администратором интернет-кафе, креативным директором. А в свободное от учебы и работы время даже успевал заниматься спортом.

После защиты кандидатской в 2006 году переехал во Владивосток и здесь успел до трудоустройства в университет поработать на радиостанциях в качестве ведущего. Хороший опыт получил. Но я понял, что если есть серьезная цель добиться успеха, надо все лишнее отбрасывать. Поэтому с 2008 года я только ученый. Студентом я был на стажировке в Университете Ниигаты и до сих пор поддерживаю связь с японскими профессорами. В ноябре 2013 года Российская венчурная компания оплатила мне стажировку в университетах Израиля: Иерусалимском, Ариэльском и Тель-Авивском. К настоящему времени я успел написать более 100 научных статей из списка ВАК, Scopus и Web of Science, сделать 13 патентов, 4 монографии, 3 учебных пособия.

— Как проводите свободное время, чем отвлекаетесь от науки?

— На данном этапе я действительно очень занят работой. Но есть отдушина — это моя семья, которая очень важна для меня. Я считаю, что личное пространство — это главное, основное для человека. В плане хобби я увлекаюсь нумизматикой, и особенно меня интересуют монеты удельного периода Руси. Я стал православным, пройдя через дебри разных религий. Православие дает мне правильный моральный заряд как для активного человека. В суете — оно дарит тишину и покой.

— Что вы можете сказать своим сверстникам, молодым ученым?

— Проблема молодых ученых в том, что часто они не получают признания и внимания, и у них опускаются руки, они впадают в депрессию. Нам важно понимать, что необходимо много работать. Вначале нужно привыкнуть делать все руками, не бояться нудной и малорезультативной работы. Это период накопления опыта и знаний. Годы должны уйти на наработку материала. Не надо этого бояться и унывать. Признание и большие деньги в начале пути маловероятны. Да и в конце научного пути вышеперечисленные блага получают далеко не все.

Дело всей жизни ученого, по моему мнению, это обогащение человечества новыми знаниями и контроль над знанием. Ученые разных отраслей, обладающие реальным пониманием вещей и полнотой информации, а не политики и транснациональные корпорации должны решать, куда следует направить научный взгляд человека, какую науку развивать, а какую закрыть. Некое научное «вече» на мировом уровне должно решать, каким путем идти человечеству. Когда-нибудь так и будет.