Академик-секретарь Отделения химии и наук о Земле НАН Алексей Труханов считает главным прикладной характер проводимых белорусскими учеными-химиками исследований: «В советские годы шутили: ученый — человек, который за бюджетные деньги удовлетворяет собственный интерес. Но это не наша реальность».
Какое направление этой естественной науки ни рассмотри — физико-органическая химия, общая или биоорганическая, химия новых материалов — по каждому веское слово за отечественных специалистов скажут открытые ими соединения с уникальными свойствами, специально созданные для разных отраслей материалы и синтезированные препараты со всевозможными функциями. Словом, задач, нуждающихся в безотлагательном и эффективном решении, перед научными сотрудниками всегда стоит море.
Корреспонденты БЕЛТА в преддверии профессионального праздника химиков навестили исследовательские лаборатории и готовы ответить, почему воспитание академического ученого можно сравнить с подготовкой спортсмена высоких достижений, правда ли, что действенное лекарство от рака уже создано, и кто согласен платить за пылинки на стенке пробирки тысячи долларов?
Самые масштабные исследования в области химических наук в нашей стране проводят в Национальной академии наук, Отделение химии и наук о Земле которой представлено девятью организациями, в том числе четырьмя бюджетными: Институтом физико-органической химии, Институтом общей и неорганической химии, Институтом биоорганической химии и Институтом химии новых материалов, и каждый выделяется спецификой. Как и в любой сфере научного знания, работа ученых-химиков подчинена некоторым принципам. Их, по словам Алексея Труханова, всего три: кластерность, междисциплинарность и международность. Взглянем на них в деле.
«За каждый рубль, вложенный в проект, мы получили 95 сверху»
Институт химии новых материалов самый молодой среди перечисленных научных организаций — он появился лишь 27 лет назад. Директор института доктор технических наук Александр Рогачев объясняет: его сотрудники проводят исследования по трем ключевым векторам, связанным с разработкой материалов и технологий для нефтехимии и лесохимической промышленности, появлением наноструктурированных материалов. Причем изобретения последних лет именно для нефтяников заслуживают, по оценкам ученого, отдельной похвалы.
Александр Рогачев
В науке всякое утверждение обосновывается — с этой целью переместимся на «СветлогорскХимволокно». Сегодня предприятие — один из ведущих в Европе производителей синтетических нитей и волокон, мировой лидер в изготовлении термостойких спецволокон «Арселон» и углеродных волокнистых материалов на гидратцеллюлозной основе, крупный производитель широкого спектра нетканых материалов. Завод с такой славой не прекращает поступательного развития: известно, что в 2024 году здесь заработал участок по выпуску полиэтиленовой пленки.
Основное преимущество такой пленки, как уточняет заместитель начальника отдела реализации полимерной упаковки предприятия Галина Пономаренко, — многослойность. «Готовая пленка состоит из нескольких различных либо одинаковых слоев, что позволяет варьировать ее потребительскими характеристиками и расширять ассортимент выпускаемой продукции, — поясняет эксперт. — По сравнению с однослойными пленками многослойные обладают более высокими показателями прочности при ударе и проколе при одинаковой толщине».
Пощупать результат синтеза усилий ученых и промышленников может любой, попросив на кассе супермаркета пакет, а выпущенным в Светлогорске не без научного вклада одноразовым перчаткам, латексным или нитриловым, находят применение и в медицине, и в косметологии, и в сельском хозяйстве, и в быту. Однако и это еще не все.
«Мы помогли внедрить в производство в 2020 году светостабилизатор, повышающий стойкость к ультрафиолетовому излучению уникального не только для нашей республики, но и мира термостойкого полимера «Арселон», который и сегодня успешно продается за рубеж. Коэффициент эффективности этого проекта составил 1 к 95, — приводит показательный пример Александр Рогачев. — Запуску в производство предшествовал длительный этап освоения: работы по созданию светостабилизатора были начаты в 2017 году, пройдены стадии лабораторного синтеза, апробации светостабилизатора в условиях предприятия, создания промышленной установки и ее опытной эксплуатации. На данный момент агрегат вышел на полную мощность, все показатели, как стоимостные, так и по объемам выпуска, выполнены».
Это значит, что одежда специального назначения для работников МЧС, дорожно-ремонтных служб, жилищно-коммунального хозяйства, сшитая на белорусских фабриках, станет еще безопаснее, а теплоизоляция изделий в машиностроении, станкостроении и других отраслях промышленности — качественнее. И останавливаться в совершенствовании востребованного экономикой и рынком материала наши химики не намерены точно: они уже задумали улучшить с помощью спецдобавок стойкость полимера к отрытому пламени, поясняя, что создать принципиально новый вид полимера затратно, гораздо больше можно выручить, модернизируя зарекомендовавший себя среди покупателей «Арселон».
Универсальное лекарство от рака — все еще мечта
«Обязательно расспросите о разработках флагмана академической химии», — напутствует журналистов академик-секретарь Отделения химии и наук о Земле Алексей Труханов. Имеет в виду ученый Институт биоорганической химии, чей возраст для научной организации так же сравнительно мал — 51 год. Сделано, впрочем, напротив, было многое. Лекарства, биологически активные вещества, средства защиты и стимуляторы роста растений — все перечисленное создается химиками, работающими как раз по биоорганическому профилю. И проводимые здесь исследования прибыльны: последнюю пятилетку внебюджетное финансирование института превышает объемы средств, поступивших из бюджета, то есть организация — яркий пример той самой практико-ориентированной науки.
«В начале 2000-х в старой лаборатории института с оборудованием, унаследованным из советского прошлого, наши химики синтезировали первую субстанцию цитостатика, что послужило толчком для составления бизнес-плана и появления уникального современного производства фармсубстанций, а затем и готовых лекарственных форм. Так наши ученые стали помогать людям, страдающим от рака», — проводит экскурс в историю института его директор кандидат химических наук Алексей Янцевич.
Алексей Янцевич
Просто, конечно, не было. Начало в борьбе с неизлечимой болезнью положили цитостатики, то есть классические препараты для химиотерапии, применение которых, однако, вызывало гибель активно делящихся не только раковых, но и других клеток организма человека, например клеток крови, что приводило к необратимым для пациента последствиям и множеству побочных эффектов. По этой причине химики пошли дальше и в русле общемировой тенденции стали синтезировать препараты таргетной терапии, призванной остановить деление только раковой клетки. Организованное производство НПЦ «ХимФармСинтез» взяло курс на выпуск целого ряда дженериков — ингибиторов протеинокиназ. Третьим шагом стало освоение клеточной терапии, в основе которой лежит использование собственных клеток пациента Т-киллеров, уничтожающих опухолевые. Механизм следующий: «обученная» клетка Т-киллер, возвращенная в организм больного, становилась киллером онкоклеток, иначе говоря, уничтожала их. «Учебником» для клеток, или программой узнавания и уничтожения, служит сравнительно небольшая молекула ДНК.
Так страна закрыла внутренние потребности в противоопухолевых препаратах и обеспечила свою безопасность по данному вектору. Теперь речь идет не только о субстанциях, но и готовых лекарственных формах. Сегодня специализированные лекарства выпускаются в капсулах, таблетках, порошках, инъекциях, и, безусловно, это та продукция, какую не купишь в аптеках, поскольку с производства она прямиком поставляется в госпитальный сектор Минздрава. Алексей Янцевич добавляет: много проектов, касающихся выпуска противораковых препаратов, выполнялись по программе импортозамещения фармпродукции, что в результате позволило полностью отказаться от заграничных закупок. Производимых в год суммарно 300 кг противоопухолевых фармсубстанций нам достаточно для полного закрытия заявок системы Министерства здравоохранения, остается резерв и для экспортных отгрузок, и поставки за рубеж из года в год наращиваются.
Вместе с тем считать, что сотрудники Института биоорганической химии все время посвящают работе только по одному вектору, ошибочно. Ориентируясь на производство товаров с высокой добавленной стоимостью, уникальных для республики, здесь выпускают еще и тест-системы, определяющие наличие антибиотиков в мясо-молочной продукции. К тому же в этом году в институте планируют завершить создание производственного участка, где будет вестись синтез искусственных генов, без которых немыслимо развитие современной биотехнологии. Ставка на вложения в биотехнологии, как замечает кандидат химических наук, существенно поддержала рынок во многих развитых странах: по такому пути пошли, скажем, Соединенные Штаты.
«Синтезированные в институте молекулы имеют высокую биологическую активность по отношению к растениям. Возьмем, допустим, стимуляторы роста. Некоторые распространенные гормоны действуют в крайне малых концентрациях, когда для растений требуются буквально нанограммы вещества, то есть пылинки, даже не заметные глазу, а вместе с тем серьезно повышающие адаптационные свойства растений, иными словами, развивающие устойчивость к засухе или переувлажнению, — объясняет что к чему ученый-химик. — Разработана нами и серия наборов для криминалистов, позволяющих по образцам ДНК отличить, например, дикое животное от домашнего в случае разбирательства по делу о браконьерстве. И во всех приведенных ситуациях мы говорим о химической продукции, измеряемой ни в килограммах и даже ни в граммах, а зачастую в нанограммах. Цена таких незаметных пылинок на стенках сосудов исчисляется тысячами долларов».
Уровень и опыт специалиста, способного проводить столь тонкие работы по синтезу, очень высок — новичкам крайне сложно иметь дело с «невидимками».
«Заменители» костей, лекарство от болей в суставах, преобразователь ржавчины
Разработка технологий переработки полиминеральных калийных и фосфатных руд, повышение качества минеральных удобрений — одни из основных направлений работы сотрудников Института общей и неорганической химии. Выполняя международные контракты, за последние годы белорусские химики разработали ряд технологий переработки полиминеральных калийных и фосфатных руд. Список достижений можно дополнить созданием минеральных сорбентов для очистки жидких радиоактивных отходов от долгоживущих изотопов цезия, кобальта и стронция, предложением новых типов водоразбавляемых лакокрасочных материалов, разработкой уникальных материалов биомедицинского назначения для костной пластики. На счету химиков и импортозамещающий, экологически безопасный преобразователь ржавчины.
«Мы работаем в интересах не только промышленных предприятий, но уделяем внимание и проблемам, которые волнуют рядовых потребителей. Вместе с учеными гомельского Института механики металлополимерных систем мы создали гель-крем на основе эфиров холестерола, эффективно помогающий при болях в коленных и других суставах, — конкретизирует заместитель директора по научной и инновационной работе Института общей и неорганической химии Александр Ратько. — Для дачников нами был разработан состав и организован выпуск садовой краски для деревьев, которая позволяет растению дышать, обладает водо- и грязеотталкивающим эффектом».
Александр Ратько
Не прекращают ученые-химики комбинировать составы микроэлементов для сельскохозяйственных культур. Спрос на такие исследования колоссальный, заказы на удобрения поступают и от фермерских хозяйств, и от агрохолдингов.
Особую ценность изобретениям сотрудников Института общей и неорганической химии добавляет причастность к ним молодых ученых. Старшему научному сотруднику лаборатории фотохимии и электрохимии Илье Глазову нет еще и 30, а он уже кандидат химических наук, участвующий в масштабных научных исследованиях по формированию спектра синтетических материалов. Один из них — клеевой композит, состоящий из синтетического фосфата кальция и сухой плазмы крови. Этот эластичный сгусток призван корректировать костные дефекты, возникшие после вставки имплантов. Молодой ученый-химик гордо рассказывает о положительном опыте клинического использования разработки, к которой он приложил руку. В двух медицинских учреждениях этот «клей» испытали при операциях на перегородке носа, что привело к восстановлению самостоятельного дыхания пациентов уже на третьи сутки после хирургического вмешательства. Илья полон энтузиазма усовершенствовать разработку, чтобы углубить ее внедрение в медицинскую практику.
Илья Глазов
А вот сфера научных интересов младшего научного сотрудника института аспиранта Анастасии Дикой связана не с медициной, а с экологией. Девушка вовлечена в проект по созданию технологии обращения с жидкими радиоактивными отходами. В чем именно она состоит, молодой ученый увлечено поясняет в деталях: отделить радионуклиды от нерадиоактивной части отходов и после термической обработки включить их в устойчивую керамическую матрицу, пригодную для безопасного захоронения. Инновационность состоит в создании химиками материала-адсорбента, позволяющего селективно извлекать радионуклиды из жидких радиоактивных отходов. Применение этой технологии, по словам молодого исследователя, снизит объемы отходов, отправляемых на захоронение, и сделает процесс более эффективным и безопасным для человека. Проект белорусских химиков даже можно назвать смелым, поскольку керамическую матрицу для захоронения жидких радиоактивных отходов в мире не используют в принципе, отдавая предпочтение цементным или стеклянным аналогам. На данный момент технология проходит этап опытно-промышленных испытаний на модельных отходах в институте. При удачном исходе ее проверят на реальных жидких радиоактивных отходах, образуемых на Белорусской атомной электростанции.
Анастасия Дикая
Наконец, четвертый и старейший химический институт Национальной академии наук — Институт физико-органической химии. В его «копилке» внушительный ряд катализаторов, внедренных на белорусских предприятиях «большой химии», и разработка ряда медицинских препаратов, например синтетического заменителя плазмы крови и лекарств на основе аминокислот и их химических производных для борьбы с самыми разными заболеваниями. «Визитной карточкой» института стали ионообменные волокна, которые применяются для очистки воздушных и водных сред от токсичных и опасных примесей. Ведется в научной организации и активная работа по созданию биологически активных веществ новых поколений.
«Весьма важное направление наших исследований — органический синтез, заключающийся в создании новых субстанций лекарственных средств и доведении потенциально полезных молекул до практического применения в здравоохранении, — помогает разобраться директор института академик Александр Бильдюкевич. — Синтезируемые нами специальные реагенты необходимы для ПЦР-исследований, используются при адресной доставке лекарств. Конечно, подобные разработки, стоимость которых крайне велика, — показатель высокого класса мастерства ученых-химиков».
Достижение ученого — результат многолетней подготовки: в школе, бакалавриате, магистратуре, аспирантуре — с четким следованием плану, соблюдением строгой дисциплины и отказе от многих доступных для далеких от науки людей благ. Труд ученого требует терпения, выдержки, даже выносливости — качеств, воспитываемых в атлетах с детства. Этими доводами руководствуется Алексей Труханов, объясняя, почему наука, как и спорт, нуждается в долгосрочных вложениях. Вот только карьера ученого не в пример протяженнее, чем у спортсмена, а значит, и шансов проявить себя больше. Так чем еще порадуют общественность химики?