Лекарство против болезни Паркинсона, гнущиеся телефоны и биодатчики для продуктов: в БФУ им. И. Канта состоялся второй воркшоп «Advanced nanomaterials»
В рамках научного воркшопа
«Advanced nanomaterials» БФУ им. И. Канта посетили исследователи из нескольких стран с лекциями, семинарами и мастер-классами. Среди них ученые из Национальной академии наук Беларуси, МИСиС (г. Москва, Россия) и Национального исследовательского центра Италии. За неделю исследователи и студенты института физико-математических наук и информационных технологий смогли получить уникальные знания о наноматериалах и их применении в биомедицине, бытовой продукции и тяжелой промышленности. Самыми многочисленными представителями были делегации из Италии и Белоруссии.
Постдок на кафедре функциональных наносистем высокотемпературных материалов НИТУ МИСиС, кандидат технических наук
Анна Позняк прочитала лекцию о новых 2D- и 3D-материалах:
«Я непосредственно занимаюсь 3D-материалами, которые сочетают в себе свойства керамики и металлов. В составе научной группы я занимаюсь синтезом этих материалов и их характеризацией. Они были открыты еще в 1996 году, т.е. сравнительно недавно. В их состав входят металл и керамика. Все мы знаем, что металлы - это хорошие проводники, но их нельзя использовать при очень высокой температуре. И тут на помощь приходит свойство керамики выдерживать высокие температуры. Области применения такого материала так или иначе связаны с высоким нагревом: нагреватели в печи, покрытия для двигателей самолетов. Запатентованы и используются в коммерческих целях всего два вида 3D-материалов из 70 известных. Их практическое применение может варьироваться при регулировке свойств этих материалов. Так что у будущих молодых исследователей есть большое раздолье для творческой научной работы. У 2D-материалов более широкое применение. Их можно встретить в транзисторах, газовых сенсорах, в сфере биомедицины и т.д. Мне важно рассказать студентам об этих материалах, потому что они не так давно открыты и пока плохо изучены, а потенциал их применения невероятный. В России это направление пока очень слабо развито. Но в частности, на НТП «Фабрика» есть все необходимое оборудование для развития этого научного направления».
Заведующий лабораторией лесохимических продуктов ГНУ «Институт химии новых материалов НАН Беларуси», кандидат химических наук
Александр Сидоренко прочитал лекцию на тему «Новые каталитические материалы (включая наноразмерные) для получения химических продуктов из возобновляемого сырья»:
«Область моих научных интересов — это химия по отношению к природным соединениям, простыми словами я исследую экстрактивные вещества, которые можно получить из леса: эфирные масла, скипидары, канифоль. Наша лаборатория занимается переработкой этих продуктов во что-то полезное для парфюмерной продукции или бытовой химии. Одно из перспективных направлений - физиологически активные соединения, как новое потенциальное лекарство против социально значимых болезней: болезни Паркинсона или при пандемических вирусах гриппа. Но в частности, я занимаюсь разработкой катализаторов для синтеза новых веществ (соединений) на основе лесохимических продуктов. Наша научная группа использует природные нанотрубки после модификации их поверхности в качестве катализаторов для превращения природных соединений. До нас этого никто не делал. А в чем преимущества природных нанотрубок? Они придают реакции большую производительность, а значит и высокие результаты. Это одно из прорывных направлений. Наноматериалы - это крайне актуальная тема в науке. Этому и была посвящена лекция — превращению природных соединений в присутствии наноматериалов».
Заместитель директора ГНУ «Институт химии новых материалов НАН Беларуси»
Егор Канюков в своей лекции рассказал об управляемой самоорганизации металлических наноструктур в ограниченном объеме. С научной командой ученый создает наноструктуры сложной формы за счет самоорганизации молекул:
«Для этого мы создаем для них такие условия, чтобы они выстраивались в нужном для нас порядке, приобретая при этом определенные свойства. Мы меняем условия – температуру, кислотность раствора и другие параметры. Можно сказать, что для создания наноструктур используются простые методы, а потенциал для практического исследования — огромный. И зависит он от вида материала и формы наноструктуры. Она может быть компактной, с небольшой поверхностью и быть применимой в сфере электроники. А если мы создадим разветвленную структуру с высокой активностью, то она пригодится в области катализа или оптики. На основе наших исследований мы создаем функциональные приборы. Например, биосенсоры, которые позволяют детектировать сверхнизкие концентрации различных веществ».
Как пояснил молодой ученый, создание таких
оптических биодатчиков в виде картриджей
поможет определить состав пищевых продуктов на наличие загрязняющих веществ, пестицидов и т.д. «Наша разработка позволит проверить добросовестность производителя», — отметил Егор Канюков. Кроме того, в составе научной группы исследователь трудится и над созданием магнитных наноструктур сложной формы (в форме проволочек и трубочек). За счет своей полой формы они обладают интересными характеристиками и ими можно управлять в магнитных полях. После функционализирования поверхности этих трубочек, например, путем их покрытия золотом или полимером, они приобретают свойства, которые бы пригодились в биомедицине.
Про «Микро- и наноструктурированные материалы на основе биополимеров различного функционального назначения» рассказал доцент, заведующий лабораторией микро- и наноструктурированных систем ГНУ «Институт химии новых материалов НАН Беларуси»
Виктория Куликовская. Как подчеркнула сама исследователь, лаборатория работает по трем основным направлениям:
«Во-первых, мы работаем над созданием носителей для биологически активных веществ. Мы все знаем, что одно и то же вещество в аптеках можно найти в разных формах: инъекции, таблетки, капсулы. Это связано с попытками производителей повысить активность веществ и снизить побочные эффекты. В рамках этого направления, мы включаем в препараты противораковые соединения. Что это значит? При принятии лекарств в борьбе с онкологией сегодняшние препараты убивают как раковые клетки, так и здоровые. Естественно, для организма это большая нагрузка с неблагоприятными последствиями. Поэтому ученые по всему миру работают над созданием целевой системы доставки препарата до раковой клетки для снижения нагрузки на организм. Что делаем мы? Для решения проблемы мы заключаем молекулы лекарства в маленькие гелиевые шарики - наночастицы из биополимеров (пектин, содержащийся в яблоках, и альгинат из морских водорослей). На поверхности такого шарика имеется молекула, которая связывается непосредственно с раковой молекулой, обходя стороной здоровую клетку. А обнаружение нужной, больной, клетки происходит благодаря аномально большому количеству рецепторов. Дело в том, что на раковых клетках имеются рецепторы, которых в 100-300 раз больше, чем у здоровой клетки. Наша конечная цель — в несколько раз снизить влияние неблагоприятных последствий на организм, на здоровые клетки».
Кроме того, лаборатория Виктории Куликовской работает над созданием
нового подхода в борьбе с резистентностью к антибиотикам (привыкание и невосприимчивость к препаратам). По словам исследователя ежегодно увеличивается количество бактерий, которые сложно убить классическими антибиотиками. При этом мировые фармкомпании закрывают свои центры по разработке новых антибиотиков, потому что это экономически невыгодно: слишком быстро привыкает организм человека к антибиотикам, в то время как на создание препарата уходит 10-15 лет.
«Один из подходов борьбы с этой проблемой комбинация веществ с наночастицами металлов. Например, серебра, которое обладает антибактериальными свойствами. При определенных комбинациях органических антибиотиков с наночастицами серебра удастся избежать привыкания организма», — пояснила ученый.
И третье направление, о котором рассказала Виктория Куликовская —
создание носителей для стволовых клеток. «Развивая это направление, мы активно работаем с хирургами. Дело в том, что при абдоминальной хирургии (хирургическое лечение заболеваний и травм органов и стенок брюшной полости) в 50-70% случаях образуются послеоперационные спайки (разрастание соединительной ткани). В будущем они могут стать проблемой особенно в отношении к женскому здоровью (привести к бесплодию). Наша задача — создать противоспаечный материал для того, чтобы поместить его в месте разреза тканей. Созданные нами носители в данном случае будут препятствовать образованию спаек, а стволовые клетки ускоряют заживление».
Ведущий научный сотрудник Национального исследовательского центра Италии, института химии металлоорганических соединений, научного центра Сесто-Фьорентино (Флоренция, Италия)
Клаудио Сангрегорио в своей лекции также рассказал об использовании магнитных наночастиц в биомедицине, современных тенденциях и возможностях этого научного направления.
Сразу две лекции прочитал
Гаспаре Варваро, ведущий научный сотрудник Национального исследовательского совета Италии, института структуры материалов, лаборатории наноструктурированных магнитных материалов (Рим, Италия):
«Я рассказал о хранении информации, записи, считывании и жестких дисках. Самая важная и передовая информация в моей лекции посвящена магниторезистивной оперативной памяти (MRAM). Это запоминающее устройство с произвольным доступом, которое хранит информацию при помощи магнитных моментов, а не электрических зарядов. MRAM-технологии — это бурно развивающееся направление в науке. На сегодняшний день мы используем два типа памяти в компьютерах: оперативная память и жесткий диск. Новая технология МРАМ позволит заменить их, объединяя преимущества — плотность информации и скорость доступа к информации. Сегодня эту технологию уже используют, но в очень ограниченных сферах, в космосе, например. Главная идея моего научного коллектива — сделать эту технологию более доступной и дешевой для ее использования на простых персональных компьютерах. Кроме того, мы работаем над созданием гнущихся пластиковых элементов для электроники. Согнуть телефон пополам и положить в карман, как вам идея? Сейчас мы подбираем комбинацию материалов, чтобы воплотить ее в жизнь».
Валерия Родионова, заведующая Лабораторией новых магнитных материалов:
«Мы второй раз проводим этот воркшоп, надеюсь, это станет традицией. В этот раз мы изменили подход. Были не только лекции, но и непосредственно работа с оборудованием. Мы делились своим опытом и получали новый. Такие мероприятия позволят расширить возможности имеющегося в НТП «Фабрика» оборудования. На лекции мы также пригласили магистрантов нашей англоязычной программы «Функциональные наноматериалы», для молодого поколения очень важно показать реальных, живых, увлеченных наукой исследователей. Мы стараемся таким образом вовлечь их в научную жизнь».
Напомним, уникальная англоязычная магистерская программа по физике
«Функциональные наноматериалы» действует с 2017 года, и в настоящее время 26 магистрантов получают знания на программе, где есть максимальная свобода выбора для обучающихся. Например, можно углубиться в актуальные научные исследования – биомедицинские приложения материалов и явлений - или в инновационную деятельность.
Учебный процесс построен на программе таким образом, что помимо преподавателей БФУ им. И. Канта, лекции и практические занятия для магистрантов проводят приглашенные ученые. Так, 2018 учебном году для проведения различных дисциплин были приглашены исследователи из ведущих вузов и научных центров России, Белоруссии, Италии, Сербии, Испании. Участие магистрантов в воршкопе – важная часть образовательного процесса.
Отметим, что проведение научного воркшопа «Advanced nanomaterials» стало возможным благодаря поддержке Программы повышения конкурентоспособности в БФУ им. И. Канта (5-100).
Партнёр:
Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта