Университет «Сириус»

Новости

От любознательности к научному прорыву: Дмитрий Иванов о создании новых материалов в Сириусе

18 июля

Почему именно новые материалы помогут решить экологические проблемы, как мотивировать детей и студентов заниматься исследованиями и из чего состоит идеальная лаборатория, рассказал в интервью Дмитрий Иванов, профессор, руководитель направления «Биоматериалы» в Научном центре генетики и наук о жизни Университета «Сириус», ученый с мировым именем,  специалист в области функциональных материалов.

Мы встретились с Дмитрием Ивановым на полях флагманского события «Сириуса» для молодых исследователей. С 1 по 24 июля проходит Научно-технологическая программа «Большие вызовы». Около 400 школьников вместе со студентами и экспертами со всей России решают отраслевые задачи по заказу ведущих отечественных компаний. Исследовательские и технологические проекты отражают 13 стратегических направлений для развития нашей страны. В финале участники презентуют свои решения экспертам. 

– Дмитрий Анатольевич, вы не первый год выступаете руководителем направления «Новые материалы» на научно-технологической программе «Большие вызовы». Как вам кажется, чем она отличается от других проектов для школьников?

– Для меня «Большие вызовы» – это одна из самых интересных и продуктивных программ в «Сириус». На нее приезжают такие замечательные ребята. Нигде больше таких увлеченных школьников не встречал. Я вижу, как идет отбор. На этапе конкурсных испытаний мы проводим интервью и получаем большое удовольствие, когда разговариваем со школьниками и видим, какие научные проекты они выполняют. Сильная мотивация при наличии скромных средств всегда трогает за душу. 

– А почему именно для вас эта программа особенная?

– Чувствуется, что участники хотят узнать новое, а любопытство – это основа любой научной деятельности. Здесь собираются самые лучшие школьники со всей страны и нужно содействовать их развитию, дать возможность учиться в лучших вузах, в том числе в «Сириус». Чтобы их любознательность не угасла, и ребята выросли в профессионалов, способных решать серьезные задачи. 

– Интересно узнать как раз про серьезные задачи, которые предстоит решать. Расскажите подробнее, почему это перспективная сфера и в чем заключаются «большие вызовы» для исследователей в этой области?

– Может быть пристрастно, но я считаю, что это самое важное направление для сегодняшней России. На новых материалах завязано много критических технологий, это основополагающая вещь. Даже название эпох связано с материалами – сначала у нас был каменный век, потом железный. Почти все, что нас окружает сейчас, на 100% состоит из полимерных материалов. Органическое стекло, покрытие полов, краска…

– И при этом говорят об экологичности, большем акценте на натуральные и экологичные материалы?

– Конечно, есть и оборотная сторона медали. С развитием производства химической промышленности мы немного забываем об экологических аспектах. Полимерный мусор накапливается, и появляются целые континенты в океане из пластиковых бутылок. Есть еще более опасные формы – микропластик, который и глазу не виден, но присутствует везде, в том числе в еде, отравляет животный мир. Живые организмы не способны его переработать, поэтому важно переходить к материалам более экологичным, которые разлагаются или компостируются.

– И, вероятно, решению этой проблемы посвящены проекты «Больших вызовов»?

–  На нашем направлении представлено 4 проекта, два из них посвящены развитию  биоразлагаемых полимеров – экологичных, которые не будут загрязнять окружающую среду. Еще один проект посвящен развитию возобновляемых источников энергии – переход от использования ископаемых источников к возобновляемым тоже важен с точки зрения экологии.

Кажется, сейчас как раз говорят, что использование солнечной энергии неэффективно и дает малый КПД, так ли это?  

– Мне кажется, совсем нет. Это развивающаяся область. Для нашей страны сухие цифры такие: на возобновляемые источники энергии сегодня приходится всего 0,5% вырабатываемой энергии. Казалось бы, можно этим пренебречь, но если посмотреть темпы развития, то две трети солнечных панелей были установлены за последние 5 лет. И на уровне государства это одно  из основных направлений  стратегического развития, просто пока сегмент этого рынка небольшой. Но, например, уже работает закон «О микрогенерации энергии». Человек может продавать вырабатываемую энергию государству. Еще один фактор, который делает эту область актуальной, связан с независимостью домохозяев от нейтральных источников. И использование солнечной энергии может решить нишевые проблемы. Например, зарядка телефона, обеспечение связи.

– С помощью батареи, установленной на крыше, например? 

– Мы фокусируемся на тонкопленочных технологиях. Это не такие огромные панели на основе кремния, которые вы иногда видите на крышах домов. Для их производства требуется достаточно дорогостоящий процесс под высоким вакуумом. У нас полимерная энергетика. Вы поднимаетесь на крышу вашего дома с тремя балончиками спрея, наносите электрод, потом активный слой 50–100 нанометров. Расход минимальный на метр поверхности. Одним баллончиком спрея можно покрыть целый скат крыши. А третьим слоем вы наносите защитный слой, и у вас вся крыша превращается в одну солнечную батарею. Я считаю, что это очень интересно и перспективно несмотря на присутствующие недостатки – более низкий КПД и чувствительность к атмосферным условиям, проникновению воды и кислорода. Задача исследователей как раз создать удобный продукт, исправить недостатки.

– Программа не случайно называется «Большие вызовы». Вы говорите о задачах, над которыми сегодня работают исследовательские группы в университетах и институтах. Зачем привлекать еще совсем юных ученых к таким сложным задачам?

– Важно, чтобы школьники прониклись этими вызовами. Это не решение дидактических задач в школе. Здесь они сталкиваются с реальными научными вызовами, и им помогают ведущие специалисты. Мы вовлекли в работу с командами молодых ученых из лучших образовательных и научных учреждений. Это реальный пример, когда ведущие российские ученые взаимодействуют с младшим поколением и помогают формировать научный взгляд на мир. Школьники задают вопросы, активно взаимодействуют, проникаются духом научного поиска. Это не всегда прививается в школе. Мы формируем сообщество молодых людей, которые мотивированы, компетентны и заинтересованы в развитии технологий в нашей стране. Значимой его частью, конечно, станут аспиранты Сириуса, среди которых будут и участники «Больших вызовов».

– Получается, что программа помогает понять, что нужно уметь и в каком направлении развиваться. Какие специалисты сегодня нужны в области новых материалов?

– Область междисциплинарная, находится на стыке наук. В этом сложность и преимущества одновременно. Сложность состоит в том, что одному специалисту невозможно покрыть все компетенции. Нужны специалисты, владеющие органическим синтезом, чтобы создать материал. Нужны инженеры, чтобы из полимеров сделать изделия. Нужны физики, которые объяснят, покажут и смогут предсказать механические и термические свойства материала. Нужны биологи, чтобы объяснить и предсказать взаимодействие, например, имплантов с клетками. Нужны медики-хирурги, чтобы они провели операцию и наблюдали за поведением импланта в организме. Мы работаем на стыке нескольких наук, поэтому выпускники Университета «Сириус» будут специалистами в какой-то одной области, но будут понимать, как взаимодействовать и говорить на языке, например, медиков или биологов, чтобы понимать друг друга в ежедневной работе. Даже это иногда бывает сложной задачей, так как язык разный. Надо сработаться, приобрести привычку междисциплинарного общения, и это может достигаться только с опытом. 

– Для этого нужна мотивация заниматься именно исследованиями. Как вы интегрируете студентов в научные проекты? 

– Во-первых, вдохновляем своим примером, без примера вы студента никогда не привлечете. Во-вторых, учебный процесс в Университете «Сириус» неразрывно связан с научным поиском.

– Приходят ли к вам студенты со своими идеями, и как вы оцениваете реальность и полезность их реализации? 

– Креативность студентов нельзя подавлять. Иногда они могут подсказать то, что не видно научным работникам, совершенно оригинальные мысли, которые не приходят в голову профессионалам. Это и отличает науку от ремесла. Ремесленник заточен на выполнение одних и тех же операций, и профессионал их выполняет намного лучше, чем любитель. К развитию науки приводит именно любительство. Прогресс именно в том, чтобы отойти от шаблонов, задавать самые неожиданные вопросы, предлагать самые безумные идеи. Поэтому мы даем возможность реализовать практически любые разумные идеи, у которых есть цель.

– Получается, что для этого есть и ресурсы – хороший лабораторный комплекс?

– Да, совсем скоро мы откроем большую лабораторию биоматериалов. Мы постарались собрать наиболее современное оборудование. Комплекс позволит формировать из полимеров разные изделия, допустим, волокно или пленку, изучать физико-химические характеристики и структуры материалов. Будут и превосходные электронные микроскопы и атомно-силовой микроскоп. И прибор, который позволит определять физическое поведение полимеров. У меня за несколько десятилетий еще не было возможности сгруппировать комплекс такого качества в одной лаборатории. Будет большим удовольствием работать на таком оборудовании и с такими коллегами и студентами. 

– На какой стадии сейчас строительство лаборатории?

– В лаборатории все полностью готово, и уже в ближайшее время мы перейдем к пуско-наладке приборов. Комплекс позволит проводить эксперименты для уже запущенных проектов. Раньше мы делали это на площадке партнеров.

– Над какими проектами вы работаете сейчас, и на каких площадках происходят исследования?

– В первую очередь, это Московский государственный университет и Институт физико-химической медицины. У нас идут три проекта: два посвящены разработке медицинских изделий и один посвящен невирусным векторам доставки генов. Мы хотели бы разработать отечественные медицинские изделия: раневые повязки, кожные пластыри и крепежные шурупы для сращивания костей. Наша идея – использовать биоразлагаемые полимеры, которые будут перерабатываться организмом, резорбироваться по мере восстановления тканей. Сейчас при переломах костей ставят металлические штифты, которые потом требуется удалять, когда уже кость немного срослась. Использование биорезорбируемых шурупов позволит избежать второй операции. Мы стараемся разработать отечественные продукты, которые бы могли превзойти западные аналоги. 

– А за счет чего планируется получить преимущество?

– В частности, мы используем электропрядение – метод получения сверхтонких волокон. Если в нашей одежде волокна имеют толщину 10–15 микрон, то мы будем работать с изделиями тоньше одного микрона – это сто миллиардных долей метра. Сетка из коллагеновых волокон придает эластичность нашей коже. С возрастом кожа обвисает, потому что ухудшаются параметры внеклеточного матрикса, а такие пластыри и повязки будут обеспечивать хорошее прилегание и взаимодействие с клетками, быстрое восстановление ткани. Работа проводится нашими сотрудниками дистанционно, но с запуском помещений уже в ближайшие пару месяцев у нас появится возможность включиться в работу на территории «Сириуса».

– И через сколько лет мы сможем воспользоваться результатами в медицинской практике?

– В «Сириусе» будет университетская клиника, очень хороший фактор, который позволит ускорить процесс апробации и внедрения. И в целом динамическая атмосфера, которая здесь уже сформирована, безусловно, будет способствовать эффективной работе. Сетевая структура Университета «Сириус» поможет в привлечении ведущих ученых и лучших студентов. Кроме того, сами сотрудники будут способны начинать стартапы, воплощать свои идеи в Инновационном научно-технологическом центре «Сириус». Здесь уже созданы инверсные условия для развития предпринимательства и внедрения научных разработок в промышленность. Это идеальное место, чтобы внедрять принципиально новые вещи.

 

Материал подготовлен Марией Шавриковой, студенткой АНО ВО «Гуманитарный университет»