Беларускiя нанатэхналогii прынясуць святло ў хату i дапамогуць дыягнаставаць рак

Источник материала:

Беларускiя нанатэхналогii прынясуць святло ў хату i дапамогуць дыягнаставаць рак

Ёсць такiя спецыфiчныя веды, пра якiя мы быццам недзе i чулi, а растлумачыць вось так з ходу без энцыклапедый i не можам. Узяць, напрыклад, нанатэхналогii. Што вы разумееце пад гэтым словам? Усе ведаюць, што прыстаўка "нана" абазначае вельмi-вельмi маленькае, а вось далей... Хоць у прынцыпе, для разгадвання крыжаванак хопiць i гэтых ведаў. А вось усур'ёз нанатэхналогiямi займаюцца цэлыя лабараторыi па ўсiм свеце, у тым лiку i ў нас, у Беларусi. Прычым нашым навукоўцам таксама ёсць чым сваiх калег здзiвiць. Сёння пра дасягненнi ў галiне нанатэхналогiй мы гутарым з Мiхаiлам Арцем'евым, вядучым навуковым супрацоўнiкам лабараторыi нана-хiмii "НДI фiзiка-хiмiчных праблем" БДУ:

  — Напэўна, самае банальнае пытанне задам, але ж, Мiхаiл Валянцiнавiч, што такое нанатэхналогii?     — Нанатэхналогii — вельмi разнастайная, шырокая галiна, якая знаходзiцца на стыку навук — фiзiкi, хiмii, бiялогii, матэрыялазнаўства. Тут вельмi шмат напрамкаў, i меркаванне аднаго чалавека, прынамсi, хiмiка, як я, адлюстроўвае толькi невялiкi кавалачак паняцця. У фiзiкаў iншае меркаванне, ды i аб'екты iншыя, iдэi, прызначэнне i г.д.     З майго пункту гледжання, нанатэхналогii пачалiся, калi былi вынайдзены атамна-сiлавы мiкраскоп i сканiравальны тунэльны мiкраскоп. Гэтыя iнструменты дазволiлi манiпуляваць нанааб'ектамi, уключаючы адзiнкавыя атамы, малекулы; дробнымi часцiнкамi — гэта якраз спачатку i разумелася як нанатэхналогii. Потым гэтае паняцце пашырылася на ўсё тое, што звязана са стварэннем аб'ектаў вельмi дробных памераў, вывучэннем узаемадзеяння i паводзiнаў гэтых аб'ектаў у розных умовах i г.д. Напрыклад, хiмiкi займаюцца стварэннем нанааб'ектаў i вывучэннем iх хiмiчных уласцiвасцяў, фiзiкi — фiзiчных уласцiвасцяў, а бiёлагаў цiкавiць узаемадзеянне нанаструктур з бялковымi аб'ектамi. Дарэчы, ёсць прынцыповы момант: уласцiвасцi нанааб'ектаў карэнным чынам павiнны адрознiвацца ад уласцiвасцяў гэтых жа матэрыялаў, але аб'ёмных. Напрыклад, возьмем таблетку аспiрыну. Яе можна раздрабнiць на кавалачкi, скажам, па 10 нанаметраў. Па памерах — гэта ўжо нiбыта нанатэхналогii, але насамрэч гэты парашок аспiрыну падзейнiчае гэтак жа, як i таблетка, бо дзейнiчаюць малекулы, якiя ў сотнi разоў меней за 10 нм. Значыць, нашы драбiнкi аспiрыну не будуць нанааб'ектамi. А вось калi ўзяць, напрыклад, крэмнiй, то яго драбiнкi памерамi ў некалькi нанаметраў якраз будуць валодаць зусiм iншымi ўласцiвасцямi, чым аб'ёмны матэрыял. Гэта ключавы момант для адрознiвання таго, што можна адносiць да нанатэхналогiй, а што — нельга.

— Я так мяркую, што ў сваёй лабараторыi вы "нараджаеце" якраз такi самыя што нi на ёсць нанааб'екты. Але гэта толькi ў навуковых мэтах, цi яшчэ i практычных?

 

— Ва ўсiм свеце фундаментальная навука сканцэнтравана ва ўнiверсiтэтах, а прыкладнымi даследаваннямi займаюцца розныя таварыствы i фiрмы. Паколькi мы ўнiверсiтэт, то мы таксама займаемся фундаментальнай навукай. Але сённяшняя сiтуацыя патрабуе, каб па магчымасцi болей фундаментальных распрацовак пераўтваралiся ў практычныя прадукты. А гэта не так лёгка. У мяне няма iнфармацыi па краiнах СНД, але ў Заходняй Еўропе i Амерыцы, напэўна, працэнтаў 5-10 фундаментальных распрацовак даходзiць да рэальных тэхналогiй i рэальнага рынку.

— Так мала?..

 

— Так, i гэта прынцыповы момант. Немагчыма i нерэальна патрабаваць, каб любая фундаментальная распрацоўка дайшла да спажыўца. Бо навука — гэта, можна сказаць, глыбокарызыкоўная справа, дзе iснуе вялiкая верагоднасць таго, што задуманае спачатку можа даць зусiм не той вынiк, якога чакалi. Нават у той жа Амерыцы, я ж кажу, 5-10 % даходзiць да стадыi ўкаранення. Што датычыцца нас, то цяпер нас болей цiкавяць фундаментальныя распрацоўкi, аднак мы думаем i пра тое, каб нашы веды ператварыць у рэальны прадукт.

— А што менавiта вы ў сябе там вырошчваеце?

 

— Мы працуем галоўным чынам з паўправаднiкамi. Я думаю, не трэба тлумачыць, што такое паўправаднiкi — уся камп'ютарная тэхнiка пабудаваная на iх. Наначасцiнкi мы атрымлiваем пры дапамозе "мокрай" калоiднай хiмii. Гэта значыць, што мы бяром звычайную хiмiчную колбу, залiваем туды растваральнiк, зыходныя рэчывы, а потым пры награваннi гэтыя рэчывы рэагуюць памiж сабой i даюць нам драбнюткiя часцiнкi памерам ад 2 да 10 нанаметраў. Гэта значыць, мы дзейнiчаем "знiзу ўверх" — стартуем ад адзiнкавых атамаў i iонаў i збiраем iх у наначасцiнкi. Можна iсцi i "зверу ўнiз" — бярэцца пачаткова вялiкi кавалак рэчыва i трушчыцца, пакуль не атрымаюцца дробныя-дробныя часцiнкi. У кожнага з гэтых падыходаў ёсць свае недахопы i перавагi, але вось мы выкарыстоўваем метад, заснаваны на "мокрай" калоiднай хiмii. Атрыманыя паўправаднiкi мы ў асноўным спрабуем прымянiць у фiзiчнай i бiялагiчнай галiнах. Цяпер, напрыклад, адбываецца рэвалюцыя ў галiне асвятляльных элементаў i прыбораў. Паўсюль лямпачкi напальвання ў мэтах эканомii замяняюць альбо на люмiнесцэнтныя трубкi, альбо на святлодыёды. Дык вось гэтыя самыя святлодыёды — прыклад рэальнага прымянення нанатэхналогiй. Асвятляльныя прыборы на аснове дыёдаў хоць i даражэйшыя, але эканомяць прыкладна 80 працэнтаў энергii пры той жа самай святлоаддачы. Самi святлодыёды — гэта здабыткi не нашых распрацовак, а вялiкай i дарагой нанаiндустрыi. А вось нашы наначасцiнкi мы плануем выкарыстоўваць у гэтых святлодыёдных асвятляльнiках для таго, каб рэгуляваць колер выпраменьвання i рабiць яго больш звычным для чалавечага вока. Прычына ў тым, што ўсе святлодыёды выпраменьваюць вельмi яркае святло, але строга вызначанага колеру — ярка-зялёнага, ярка-сiняга, ярка-чырвонага i гэтак далей. А чалавеку для камфортнага iснавання патрэбнае белае святло. Як гэта зрабiць? Можна паставiць некалькi рознакаляровых дыёдаў у адзiн блок, каб iх святло змешвалася, але гэта вельмi дорага i складана. А можна ўзяць адзiн дыёд, напрыклад, сiнi, зверху на яго нанесцi спецыяльны матэрыял з наначасцiнкамi, якiя ператвораць частку сiняга святла ў жоўтае цi аранжавае. У вынiку на выхадзе мы атрымаем сумесь сiняга колеру з аранжавым — для чалавечага вока гэта практычна белае святло. I вось такiя светлавыя канвертары на аснове паўправаднiковых наначасцiнак селенiду кадмiю мы робiм i даследуем у нашай лабараторыi. Прычым у залежнасцi ад таго, якога памеру мы вырасцiм наначасцiнкi, колер люмiнесцэнцыi (высвечвання) будзе розным — зялёным, жоўтым, чырвоным i г.д.

— Значыць адзiн напрамак — гэта святлодыёды. Яшчэ што-небудзь распрацоўваеце?

 

— Ёсць яшчэ i бiялагiчнае прымяненне тых жа самых нанакрышталяў. Яно заснавана таксама на люмiнесцэнцыi — уласцiвасцi крышталяў паглынаць адно святло, а высвечваць потым iншае. Для чаго гэта трэба? У бiялогii i медыцыне ёсць важная задача — знаходзiць у чалавека цi жывёлiны клеткi рознага тыпу, прынамсi, хворыя клеткi, напрыклад, ракавыя. Гэта можна зрабiць метадам флуарэсцэнтнага iмунааналiзу. Ён заключаецца ў тым, што мы бяром якi-небудзь матэрыял, якi паглынае сiнi колер, а выпраменьвае чырвоны, i звязваем з бiялагiчнымi малекуламi (лiнкерамi), якiя распазнаюць хворыя ракавыя клеткi i прывязваюцца да iх. А значыць, прывязваецца да хворай клеткi i наш святлiвы аб'ект (т.зв. люмiнесцэнтная метка). I пасля змяшчаем гэта ўсё пад люмiнесцэнтны мiкраскоп (знiзу асвятляем сiнiм святлом) i глядзiм — калi клетка не свецiцца, дзякуй Богу, нiчога няма, а калi свецiцца чырвоным — значыць, ёсць ракавыя клеткi... А паколькi выпраменьванне можа быць рознага колеру, то мы можам рабiць люмiнесцэнтныя меткi на розныя вiды раку, а потым ужо пад мiкраскопам у залежнасцi ад колеру святла бачыць, на якi тып раку хворы чалавек. Плюс нават па колькасцi хворых клетак можам падлiчыць, на якой стадыi знаходзiцца хвароба.

— Мiхаiл Валянцiнавiч, а цяпер у медыцыне прымяняюцца для такiх мэтаў арганiчныя фарбавальнiкi. Дык мо няма сэнсу шукаць нешта новае? Цi ў паўправаднiкоў ёсць перавагi?

 

— Так, сапраўды, сёння ў якасцi люмiнесцэнтных метак выкарыстоўваюць арганiчныя фарбавальнiкi. А даследаваннямi па замене арганiчных фарбавальнiкаў на паўправаднiковыя нанакрышталi займаемся ў свеце не толькi мы, а яшчэ пару дзясяткаў лабараторый. У кожнай тэхналогii свае плюсы i мiнусы. Перавагi нанакрышталяў у тым, што яны быльш стабiльныя за арганiчныя малекулы. Напрыклад, люмiнесцэнтныя меткi з нанакрышталяў пад мiкраскопам пры асвятленнi сiнiм колерам выгараюць у тысячу разоў меней за арганiчныя малекулы. А гэта значыць, што мы можам павялiчваць iнтэнсiўнасць крынiцы святла, бачыць адзiнкавыя клеткi i нават малекулы i дыягнаставаць хваробу на больш ранняй стадыi. Ёсць i мiнусы ў нанакрышталяў: у адрозненне ад арганiчных малекул яны не перапрацоўваюцца ў арганiзме i могуць там затрымлiвацца, напрыклад, у печанi, адкуль iх цяжка вывесцi. Таму нанакрышталi не выкарыстоўваюцца для дыягностыкi ў чалавечым арганiзме, а толькi на зрэзах, тканкавых прэпаратах, адборы крывi, каб гэтыя часцiнкi не траплялi ў арганiзм... Дарэчы, акрамя двух раней названых кiрункаў, мы займаемся таксама i распрацоўкай метадаў атрымання нанакрышталяў i розных матэрыялаў на iх аснове — гэта i плёнкавыя матэрыялы, i аб'ёмныя ў выглядзе шкла, i растворы...

— А ў свеце яшчэ хто-небудзь цiкавiцца нанакрышталямi?

 

Безумоўна, гэты напрамак развiваецца досыць iнтэнсiўна. У Амерыцы недзе каля 20 груп, у Еўропе каля 10 груп навукоўцаў, 2 вядомыя фiрмы, якiя вырабляюць i прадаюць паўправаднiковыя нанакрышталi, i, напэўна, 2-3 маленькiя кампанii, якiя таксама пастаўляюць на рынак прадукты на аснове паўправаднiковых нанакрышталяў. У прынцыпе, i ў нашай краiне можна арганiзаваць такую кампанiю, але ўсё трэба пралiчыць: выдаткi, побыт... Асаблiва ў складаныя крызiсныя часы, калi цяжка знайсцi нiшу для рэальнага прадукту. Праўда, цяпер можна сканцэнтравацца на фундаментальных распрацоўках з тым, каб, калi скончыцца крызiс, у нас на руках былi б веды i ноу-хау, на аснове якiх можна будзе зрабiць рэальныя тэхналогii i рэальны прадукт.

— Але каб нешта рэнтабельнае арганiзаваць, патрэбны арганiзатар...

 

— Так, усё завязана на асобе. Нiводная сур'ёзная распрацоўка не трапляе на рынак без катаржнай працы якойсьцi персоны. Гэта не аўтаматычны працэс, ва ўсiм свеце канкрэтныя людзi прабiваюць канкрэтныя тэхналогii. Яна самi па сабе не праходзяць. Заўсёды ёсць канкурэнцыя, заўсёды ёсць неразуменне, асаблiва з боку органаў, якiя фiнансуюць, таму патрэбны "прабiўныя" людзi. Але вучоных i арганiзатараў адначасова — вельмi мала. Я сказаў бы, што толькi працэнтаў 10 навукоўцаў могуць быць i добрымi арганiзатарамi...

— Дарэчы, а вось гэтыя два напрамкi — "святлодыёдны" i медыцынскi — вы як-небудзь ужо практычна прымяняеце?

 

— Не, мы пакуль распрацоўваем методыкi. А наконт рэалiзацыi — я ж кажу, што гэта даволi складаны i няпросты працэс. Прынамсi, у медыцыне гэта рэалiзуецца цяжка таму, што медыцына апрыёры вельмi кансерватыўная галiна, i гэта правiльна, не трэба лезцi ўнутр чалавека з невядомымi рэчамi. Той жа флуарэсцэнтны iмунааналiз, якi выкарыстоўваецца з дапамогай фарбавальнiкаў, распрацоўваўся дзесяткамi гадоў, а мы яшчэ толькi 5 гадоў гэтым займаемся, таму некаторыя моманты нам незразумелыя чыста тэхналагiчна...

— А з кiм супрацоўнiчаеце ў сваiх даследаваннях?

 

— Па святлодыёдах пакуль нi з кiм, бо маем на руках толькi прадукт у выглядзе нанакрышталяў, уласцiвасцямi якiх мы можам кiраваць. А вось далей трэба выходзiць на паўпрыкладную стадыю: браць дыёды канкрэтнай фiрмы, наносiць на iх нанакрыштылi ў выглядзе плёначкi i глядзець, як яны працуюць — добра цi дрэнна. Там таксама шмат тонкасцяў, напрыклад, нашы сённяшнiя нанакрышталi з часам выгараюць. А значыць, трэба працаваць над iх устойлiвасцю. I абавязкова параўноўваць з тым, што зараз ёсць на рынку. Бо ўжо ёсць лямпы, заснаваныя на святлодыёдах з канвертарамi, але не на нанакрышталях, а на аснове рэдказямельных элементаў. Яны вельмi святлоўстойлiвыя, але там праблема з колерарэгуляваннем. А ў нас наадварот — з рэгуляваннем колераў праблем няма, а ёсць з устойлiвасцю... А што датычыцца бiялагiчнага прымянення, то наша лабараторыя супрацоўнiчае з лабараторыяй бiяфiзiкi фiзфака БДУ. З iмi мы вывучаем у рамках праекта Нанатэх, як нанакрышталi ўзаемадзейнiчаюць з клеткамi крывi. Прынамсi, плануем да 2010 года атрымаць методыкi вiзуалiзацыi хворых клетак. Таксама мы ўжо каля 5 гадоў супрацоўнiчаем з бiяхiмiчнай лабараторыяй Рэймскага унiверсiтэта (Францыя) у галiне прымянення нашых нанакрышталяў для флуарэсцэнтнага iмунааналiзу ракавых клетак, бо побач з тым унiверсiтэтам найбуйнейшы ў Францыi ракавы шпiталь. Аднак пакуль гэта iдзе на стадыi распрацоўкi методык, бо напрамак складаны, i спачатку трэба назапасiць ведаў, каб потым iх пераўтварыць ў канкрэтную тэхналогiю. Так што з французамi мы таксама нацэлены на рэальныя тэхналогii. Па тым жа самым напрамку супрацоўнiчаем з iнстытутам бiяарганiчнай хiмii Расiйскай акадэмii навук. Там таксама фундаментальныя даследаваннi, але з наступным этапам атрымання рэальнага прадукту. Iншая справа, што складана сказаць, калi гэты прадукт будзе атрыманы. Гэта завязана на шмат якiх параметрах: узроўнi фiнансавання, крызiсных з'явах i гэтак далей. Гэта значыць не ўсё залежыць ад мазгоў. Добрыя прадукты ствараюцца пры злучэннi спрыяльных умоў i добрых мазгоў.

Гутарыў Павел БЕРАСНЕЎ.