Алмазы из пузырьков пара, превращение продуктов биотоплива в лекарства и экологичная очистка отходов — лишь небольшая часть разработок, которыми занимаются российские химики.
Эта сфера привлекает молодых специалистов, потому что уже начиная с первых исследований они, сталкиваясь с неизвестным, находят новые соединения и материалы. Такие открытия придают новую жизнь технологиям в промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях. Какие направления считаются востребованными в современной химии? Как водород может «озеленить» металлургическую промышленность? И какое соединение помогло ученым придумать лекарство для замедления процесса старения? Об этом порталу наука.рф рассказал директор Иркутского института химии Сибирского отделения РАН, доктор химических наук Андрей Иванов.
— Какими исследованиями занимаются в вашем институте?
— В первую очередь, изучением органической химии. В основном, это синтез новых соединений, разработка лекарственных средств, других материалов и их предшественников.
Кроме того, мы пытаемся определять фундаментальные закономерности в веществах. Чтобы в будущем, просто глядя на молекулу, можно было сказать, какие свойства ей должны быть присущи. Или, наоборот, какие молекулы нужно синтезировать, чтобы добиться каких-то свойств.
Если говорить о прикладных задачах, наши исследования связаны с технологиями и реверс-инжинирингом (разработкой конструкторской документации на основе готового образца изделия — прим. ред.) продуктов малой и средней тоннажной химии. А также веществ для сельского хозяйства и некоторых отраслей промышленности, например для атомной создаем проводящие полимеры.
— В сфере химических материалов есть несколько классификаций — по объему производства, компонентам и так далее. Я вам назову ту, которая мне кажется самой логичной — это смысловое деление.
Допустим, возьмем полиэтилен. Этот полимер служит строительным материалом для огромного количества разных вещей. Он обладает определенными свойствами из-за того, что был получен в определенных условиях и содержит определенные добавки. То есть, его функциональные свойства определяются достаточно небольшими компонентами. Они как специи, придающие мясу вкус.
Чтобы получить этот материал, на его тонну вам понадобится десяток или сотня грамм катализатора, а также модификатора, делающего полимер эластичным. И вот как раз такие вещества, которые не являются основной частью системы, определяют ее ценности и свойства. Проблема в том, что хотя эти вещества и производят в малом объеме (до тысячи тонн в год по стране), они очень дорогие. К этому рынку также относятся все фармсубстанции. Активное вещество в таблетке может составлять от нее всего два процента, и это тоже продукт малотоннажной химии.
— Как изменилась ситуация за год?
— Проблема до конца не решена, но успехи есть. По итогам той встречи вышло поручение президента для Минпромторга и Минобрнауки России, которое затем переросло в несколько важных документов.
Во-первых, появилось много поправок, благодаря которым удалось запустить конкурс для малотоннажной химии. Он стартует сразу после Нового года и позволит научным организациям, вузам и инжиниринговым центрам получить грант под конкретные компоненты. Список этих соединений насчитывает до нескольких сотен и при этом постоянно пополняется. Каждый из наших институтов сможет довести до ума технологию, купить оборудование.
Во-вторых, Минобрнауки объявило конкурс на создание новых молодежных лабораторий. Одно из их направлений как раз связано с малотоннажной химией. Насколько мне известно, по итогам создадут не менее двадцати таких лабораторий по стране.
Кроме того, я знаю, что за текущий год появилось множество технологий и производств в сотрудничестве с реальным сектором экономики. Наш институт реализует четыре проекта, закрывающие потребность в этих соединениях у большей части российских предприятий. Кстати, когда я говорю «мы», имею в виду большую рабочую группу, возникшую по итогам поручения президента. В нее вошли специалисты Минпромторга и Минобрнауки России, Государственной думы, научных организаций. Мы работаем в постоянном режиме и подводим промежуточные итоги.
— Недавно в вашем институте синтезировали соединение, способное замедлить старение. Как работает препарат?
— На самом деле мы не ожидали такого медийного эффекта. Хотя история очень проста. Кажется, идея не стареть по-прежнему занимает людей больше, чем что-либо. Дело в том, что есть несколько механизмов старения. Один из них — это генерация в нашем теле огромного количества свободных радикалов, разрушающих клеточные структуры, что и приводит к старению.
Мы разработали вещество, которое оказалось высокоэффективным антиоксидантом, способным замедлять некоторые биологические процессы, отвечающие за старение. Теоретически прием этих антиоксидантов может замедлить разрушение тех самых клеточных структур.
Но это не значит, что организм перестанет стареть. Есть ряд ограничений, в том числе и другие механизмы, против которых наши лекарства бессильны. Чтобы продлить жизнь человека и научиться контролировать все процессы, в работе должна участвовать не одна лаборатория или институт, и не один десяток лет.
— Селен действительно не очень частый элемент в природе, но встречается. Его выбор связан с историческим контекстом. В одной из лабораторий нашего института уже долгое время проводят фундаментальные исследования и изучают халькогены. Это такая группа химических элементов, в которую входят в том числе сера, теллур и селен. Ученым удалось накопить многолетний опыт и прийти к результатам, с которыми пошли дальше.
Начали появляться статьи с прогнозами о том, какими структурами и электронными свойствами должны обладать вещества (это то, с чего мы с вами начали разговор), чтобы иметь антиоксидантную активность, стать ингибиторами глутатионпероксидазы (фермента, защищающего организм от окислительного повреждения — прим. ред.). Оказалось, что ряд молекул, которые наши коллеги собирают из селена, подходит под это дело. Коллеги их протестировали и подтвердили теорию. Эта история о том, как довольно долгие фундаментальные исследованиями легли в основу успешной реализации, перевели ряд важных научных разработок в прикладную сферу.
— На какой стадии сейчас находится разработка?
— Нас ждет большая серия доклинических исследований. Работа с животными моделями только предстоит. Это небыстрый процесс и, думаю, займет еще несколько лет. Ну, а дальше, если препарат не покажет токсичности и будет нормально выводиться из организма, последуют клинические исследования с пациентами.
— Какие еще научные проекты вы считаете перспективными в настоящий момент?
— Не буду говорить о том, на что я нацелен, это все-таки узкая область. Но если говорить о том, что мне кажется эффективным для будущего, я бы назвал несколько вещей. Во-первых, я совершенно очарован идеей водородной металлургии. Металлургия — достаточно грязная отрасль промышленности, требует применения каменноугольного кокса. Потом этим коксом восстанавливают металлы, выделяется огромное количество углекислого газа и сажи. Технически уголь можно заменить водородом. В этом случае единственным отходом будет водяной пар. На сегодняшний день некоторые экспериментальные установки такого типа уже начали реализовывать в Китае. Я считаю это прекрасной идеей того, как может выглядеть мир будущего.
Второе направление связано с искусственным интеллектом. Очевидно, что в ближайшее время нас ждет принципиальное развитие ИИ в химии. В первую очередь, попытки заставить компьютер понимать старые фолианты. Дело в том, что названия химических соединений и формулы в разное время обозначали по-разному, иногда от руки. Компьютеру трудно понять, что за вещество нарисовано и как его определить без помощи человека. Такую по-настоящему предсказательную силу искусственного интеллекта можно использовать только после глубинного обучения, когда вы обработали огромный массив данных. И в этом смысле научить компьютер читать научные статьи и выдергивать из них информацию, чтобы создавать колоссальные базы данных для самообучения –тоже серьезный вызов для будущего.
— Кажется, технологии искусственного интеллекта сегодня довольно активно развиваются. А что нужно для создания водородной металлургии?
— У этого направления, безусловно, много особенностей. Дело в том, что водород вызывает коррозию и может разрушать структуру стали, особенно, если в него попадает вода. К тому же, его не так просто выделять и транспортировать. Водород горюч и может взорваться, если столкнется с кислородом. В целом, здесь есть над чем подумать, но это все решаемые задачи. Водорода в мире много, как минимум, он есть в воде. Сама по себе эта идея довольно красивая. Но к ее реализации еще нужно идти. Для этого нужны лаборатории, материально-техническая база, а также принципиально иные предприятия. И для этого точно потребуется построить экономическую модель. Иначе мы не сможем убедить металлургов перейти от проверенного и понятного им метода к чему-то новому только потому, что оно экологичнее. Нам есть куда стремиться.
Беседовала Анна Шиховец
