В Образовательном центре «Сириус» в рамках проектной образовательной программы «Большие вызовы» с лекцией «Молекулярные машины и переключатели» выступила Юлия Горбунова, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, профессор РАН.
Ученый рассказала о своих впечатлениях от Центра и его воспитанников, о работе в Академии наук и знакомстве с нобелевским лауреатом по химии Жан-Пьером Соважем.
– Юлия, как вам в «Сириусе»? Вы же здесь впервые?
– Да, я первый раз в «Сириусе» и в полном восторге от того, что здесь смогли сделать, потому что я сюда приезжала в 2012 году: был просто котлован. Я и представить не могла, что на его месте вырастет такой комплекс. И более того, если бы мне тогда сказали, что олимпийские объекты отдадут детям, я бы не поверила. Но это случилось. Сейчас тут все настолько современно и здорово… Мне очень радостно за наших школьников. Даже какая-то гордость национальная появилась за то, что в нашей стране дети одновременно могут и активно отдыхать и впитывать самые современные научные знания и культуру. Нигде в мире я ничего подобного не видела. Тут как на другой планете! Мне показывали оборудование в проектных лабораториях, я действительно некоторые современные приборы видела в первый раз. А школьники могут на них работать и выполнять свои проекты. Кроме того, у них с детства развивают командный дух, ведь они разделены на команды, которые потом будут защищать свои проекты перед другими участниками. Это очень здорово, так как в современной науке один в поле не воин.
– А какие у вас впечатления от прочитанной лекции?
– Самые положительные. Насколько я поняла, сюда отбирают действительно особых школьников. Очень мотивированных и подготовленных. Они совершенно удивительные. Я специально спрашивала: у них отбор, они пишут проекты, прикладывают свои грамоты, если побеждали в предметных олимпиадах. Меня очень порадовало, что дети приезжают из разных городов. Это означает, что у нас в стране есть энтузиасты, – а я уверена, что большинство ребят обязано своим уровнем именно учителям-энтузиастам, – которые этих детей готовят и которые занимаются ими.
– Вы уже успели поближе познакомиться с некоторыми проектами школьников?
– Проектов очень много, поэтому подробностей не знаю, но вот то, что на нано-направлении, оно все очень на переднем крае науки. Это и новые виды энергии, и сенсоры. Если речь идет об энергии, то это самые новые разработки. Если это солнечные батареи, то это перовскиты. Все очень в тренде. Не зря программа названа «Большие вызовы», проекты школьников полностью отвечают им.
– Почему вы выбрали направление молекулярных машин, хотя такого проекта нет на программе?
– Да, такого проекта нет, но, может, было бы неплохо его в будущем организовать. Хотя это не быстрое дело, ведь проекты должны быть такие, которые за двадцать с небольшим дней, дадут результат. Либо это будет новая статья, либо усовершенствование какого-то устройства, либо новая молекула.
– Что бы вы могли поручить школьникам, если бы новый проект состоялся?
– Есть одна вещь, которая для молекулярных машин пока практически не реализована и которую мы пытаемся восполнить. Это молекулярные машины на поверхностях. Очень многие переключатели работают только в растворе, но для того, чтобы сделать какое-то устройство или новый материал, нужно иметь дело с поверхностью. Такую задачу можно было бы попробовать решить со школьниками.
.jpg)
– Для самих лекторов погостить в Сириусе полезно?
– Этот проект, наука в «Сириусе», с двух сторон интересный. С одной стороны, одаренные дети могут узнать современные тренды науки и попробовать сделать что-то своими руками, а с другой стороны, для ученых это возможность посмотреть на проблему глазами детей. Мы зачастую немного зациклены в своем видении, в своих подходах. Чуть шире, по-другому взглянуть иногда просто нет времени. Идешь по какому-то стандартному пути. А у детей все-таки могут родиться неординарные, может, даже фантастические идеи для решения каких-то задач. Судя по тому, как они реагировали и отвечали на мои вопросы, школьники хорошо подготовлены.
– Вы работаете в двух институтах РАН. Расскажите, чем занимаются ваши научные группы. Какие вы ведете исследования?
– Мы синтетики, мы синтезируем молекулы и умеем настраивать их свойства так, чтобы из них получались какие-то интересные материалы. И поэтому то, что синтезируем мы, может применяться и в сенсорике, и в энергетике – в тех же солнечных батареях, – и в катализе.
В институте физической химии есть много направлений чисто материаловедческих. Совместно с коллегами из лаборатории физической химии супрамолекулярных систем мы разработали молекулярный мускул. Мы синтезировали молекулы, а коллеги научились собирать их на поверхности в стопки и электрохимически контролировать движение этих стопок: сокращать их, расширять, имитируя работу мускула.
Также мы работаем с порфиринами и их аналогами. Из природных соединений порфирины – это хлорофилл, гемоглобин крови, витамин В12. Мы умеем получать такие молекулы искусственно и настраивать их свойства с помощью катионов металлов. Порфирины фотоактивны, поэтому с их помощью мы решаем задачу – как создать такие соединения, чтобы они поглощали ближний инфракрасный свет и увеличивали глубину его проникновения в биологические ткани. Это нужно для решения ряда медицинских задач, например, фотодинамической терапии онкологических заболеваний или для создания оптической томографии.
– Каков путь от синтеза молекулы до производства нового устройства?.jpg)
– У нас есть химики-синтетики, в основном это молодые ребята. Чтобы дойти до какого-то материала или устройства, на самом деле нужно пройти путь достаточно большой. Нужно синтезировать молекулу, выделить ее в индивидуальном виде, потом сделать эту технологию воспроизводимой. Да, зачастую плохо помытая химическая посуда приводит к открытиям, но эти открытия невозможно повторить. Затем у нас есть люди, которые занимаются характеризацией соединения, то есть смотрят его свойства, доказывают, что оно чистое. Дальше есть группа, которая непосредственно занимается созданием материала: либо нанесением полученного вещества на поверхность, либо введением его в полимерную матрицу и так далее. Изучается очень внимательно химия поверхности, как вещество там закреплено. Потому что в той области, которой мы занимаемся, могут принципиально поменяться свойства вещества в зависимости от того, как вы расположите молекулы друг относительно друга – стопкой или в виде кирпичной кладки, например. А дальше в дело вступают группы, которые занимаются солнечными батареями, литиевыми аккумуляторами, светодиодами, – в общем, собирают устройства. Там уже этот материал, пленку или композит, нужно внести в конкретное устройство. Здесь, конечно, есть пробел. В постсоветское время мы потеряли большое количество уникальных специалистов. Чтобы разработки дальше внедрить, нужно и опытное производство, и высококлассные инженеры. Потому что, когда вы работаете в колбе на сто миллилитров, а вам надо перейти на какой-нибудь стокилограммовый выпуск, могут возникнуть технологические трудности.
– За что все-таки дали нобелевку по химии?
– Это отдельная история. В этом году я считаю своим долгом рассказывать про молекулярные машины. Кстати, у меня уже было несколько публичных лекций на эту тему. Бытует мнение, что нобелевскую премию дали непонятно за что. Если нобелевку дают за разработку нового прибора – одно дело. Или все ждали, например, что премию дадут швейцарцу Михаэлю Гретцелю за ячейки для солнечных батарей. И я в том числе. Я не ждала, даже представить себе не могла, что ее дадут за молекулярные машины. И вот моя задача – показать, что на самом деле нобелевскую премию дали справедливо. Потому что фактически это одна из немногих последних нобелевских премий по химии, которую дали за химию. За искусство синтеза, за искусство молекулярного дизайна, за абсолютно новую область, которая может действительно открыть совершенно другой уровень науки. Миниатюризация электронных устройств достигла своего предела. Уже меньше, чем компьютер в телефоне, сделать сложно. Осталось только гибкие телефоны изготовить. Дальше должна быть уже совершенно другая ступень, умная техника, построенная на других принципах.
.jpg)
– Вы упоминали, что лично знакомы с Жан-Пьером Соважем, одним из нобелевских лауреатов прошлого года. Расскажите немного о нем.
– Жан-Пьер – удивительный ученый, удивительный человек с большой буквы. Для него все равны: начиная со студента и заканчивая мэром города Страсбурга, где он работает. Будучи нобелевским лауреатом, он никогда не боится сказать “я не понимаю, объясните мне”, если он не разбирается в вопросе. Этому тоже, мне кажется, надо детей учить, чтобы они не боялись задавать вопросы и не боялись при этом выглядеть глупыми. И зачастую они задают такие вопросы, которые нас наталкивают на поиск новых решений, нестандартных.
Соваж очень живой человек, разносторонний, который любит искусство. Когда мы собираемся в компании, он может спеть – очень любит. У него совершенно волшебная жена, Кармен. Они любят танцевать, когда бывают какие-то мероприятия. Верх интеллигенции и культуры.
Однажды мы с ним обсуждали какие-то политические темы, гражданские войны и так далее, и он такую фразу сказал, что ученые, они должны быть проповедниками мира и различных культур среди народов разных стран и всех слоев населения – это к вопросу о популяризации, не только науки, но и культуры в частности. А дальше он сказал такую вещь – я никогда об этом не задумывалась, но потом поняла, что он исключительно прав – он говорит, понимаете, политики, они должны обязательно озвучивать мнение своей страны, это их обязанность, потому что они политики. Бизнесмены, которые много ездят по миру и знают разные культуры, знают мир изнутри, не могут высказываться, потому что им есть что терять – они боятся потерять деньги и бизнес. И только ученые – это единственная категория людей, которая, с одной стороны, ездит по миру и очень хорошо представляет разнообразие традиций, народов, но при этом ученым в общем-то терять нечего, поэтому они одни могут правдиво нести свое видение мира, своей страны и других государств. В этом плане у ученых есть миссия осуществлять этот обмен взглядами и мнениями. И я в какой-то степени стараюсь идти по этому пути, рассказывая о новом направлении, направлении молекулярных машин и переключателей, потому что в России мало кто этим занимается и немногие глубоко изучали это дело. Поэтому есть небольшое непонимание, за что же, собственно, дали эту нобелевскую премию. Не совсем очевидно.
– Соваж вам сообщил, что получил премию?
– О том, что он получил нобелевскую премию, я узнала от журналистов. В лаборатории позвонил телефон, я сняла трубку – по-моему это была “Российская газета” – они говорят: “Здравствуйте, вас, мол, беспокоят из “Российской газеты”, ваш коллега Жан-Пьер Соваж получил нобелевскую премию, можете ли вы это прокомментировать?” Я решила, что это розыгрыш. Быстро посмотрела в интернете, пока с ними говорила. Да, действительно.
– Как вы познакомились?
– В 2005 году мы подписали соглашение о создании европейской лаборатории под названием “Супрамолекулярные системы в химии и биологии”. Сначала это был российско-французский консорциум, потом туда вошли немцы и украинцы. В организацию входили порядка 30 лабораторий Франции, приблизительно столько же лабораторий из России, несколько лабораторий из Украины и Германии. Со стороны Франции консорциум финансировал CNRS, а в России – Академия наук. В рамках консорциума мы ежегодно проводили конференцию и международную школу по супрамолекулярной химии и биологии для молодых ученых. На этих встречах мы знакомились, рассказывали друг другу о проектах и работах. В результате все лаборатории нашли пересечения. Мы начали работать с Жан-Пьером, потом с Мир Вайсом Хосейни – с ним мы синтезировали молекулярный турникет, это очень известный сейчас химик, тоже из Страсбурга, по происхождению афганский принц. По нескольким проектам мы работаем с Университетом Дижона и сейчас еще начали сотрудничать с Университетом Лиона. И все это получилось, потому что изначально случился такой вот консорциум. Очень много усилий к этому приложил Жан-Мари Лен, Нобелевский лауреат, учитель Соважа.
– Какое напутствие вы бы дали воспитанникам «Сириуса» да и всем начинающим ученым?
– У меня была учительница химии, которая мне книжки давала, даже бесплатно со мной занималась, задачки решала. Интересно, что еще тогда, в советские времена, она повторяла: “Дети, вам говорят, что перед вами открыты все двери, – не верьте, все двери закрыты. Пока вы своими лбами их не пробьете, они не откроются”. Не бойтесь мечтать и фантазировать! Не бойтесь, что не получится, бойтесь, что не попробуете! Удачи Вам, будущие ученые!
Материал подготовила Тамара Беседина (Университет ИТМО)
