Звичайне диво хімії

Чверть століття вчені Інституту хімії поверхні ім. О.О.Чуйка (ІХП) Національної Академії наук України втілюють фантастичні ідеї в реально діючі технології, «шиють» із молекул і наночастинок нові матеріали для медичної, харчової, нафтогазової, авіаційної, суднобудівної, хімічної, військової та інших галузей промисловості.

Про досягнення й трудові­ будні інституту розповідає його директор Микола ­Картель.

— Микола Тимофійовичу, Інститут хімії поверхні створювався за часів соціалізму. Нелегко, напевно, було знайти своє місце в нових політичних та економічних реаліях?

— По-перше, від дня заснування й до цього часу наш інститут залишається державним підприємством з усіма можливими плюсами і мінусами. Якщо подивитися в минуле, можна сказати, що його засновано в ті роки, коли в СРСР домінувало шанобливе ставлення до науки в цілому й до хімії зокрема. У нас було стабільне фінансування, якого вистачало на зарплату, розвиток матеріально-технічної бази, придбання сучасних приладів. Учені не бігали по підприємствах, містах і країнах у пошуках платоспроможних замовників. Я б назвав ІХП одним із кращих наукових проектів 80-х років, до якого сучасна Українська держава має ставитися з не меншою повагою та увагою. Бо науковий потенціал за всіх часів і у всіх цивілізованих країнах уважається мозком суспільства. І від того, наскільки ефективно працює цей мозок, залежить розвиток науково-технічного прогресу й добробут людей не тільки в окремій державі, а й у всьому світі.

Можу без удаваної скромності сказати, що з високо­кваліфікованими кадрами в нас усе гаразд. В ІХП працює понад 300 співробітників, у тому числі 17 докторів і понад 90 кандидатів хімічних, фізико-математичних, технічних, біологічних, медичних і фармацевтичних наук, а також 30 аспірантів. Могло б бути більше, але частина співробітників виїхала за кордон у пошуках більш престижної й високооплачуваної роботи. А ті, хто залишився, рухають вітчизняну науку й домагаються досить солідних результатів.

— Які роботи або проекти ви вважаєте найбільшими досягненнями інс­титуту?

— Підґрунтям науково-дослідної роботи ІХП став кремнезем. Не випадково­ елемент кремній уведений у символіку інституту. Без­перечно, одним із досягнень є і те, що ми навчилися одержувати високодисперсний і нанорозмірний кремнезем із добрим виходом корисної складової, мінімізувавши витрати. Потім пішли далі шляхом модифікації, «пришивали» на нього різні функціональні групи й молекули, які дають зовсім нові властивості — водовідштовхувальні, водовбирні та інші, необхідні для синтезу нових речовин. Іншими словами, одержували й одержуємо нові наноматеріали із заданими властивостями.

Крім кремнезему займаємося вивченням оксидів алюмінію, титану, цирконію та змішаних систем на їхній основі, а також вуглецевими системами — нанотрубками, фулеренами, графенами, аерогелями. Відкриття в цій сфері мають колосальне значення не тільки для науки, а й для всіх сфер життєдіяльності людини.

В ІХП створено власну технологію одержання вуглецевих нанотрубок на дослідно-промисловій платформі. Ідеться, звичайно ж, не про заводські цехи із транспортерними стрічками, на яких лежать купи готової речовини. Із кілограма спеціально підготовленого порошку можна виділити лише частки відсотка невидимих не­озброєному оку нанотрубок.  Їх треба екстрагувати із загальної маси «сировини», очистити, підготувати до подальшого застосування. Це дуже серйозні хімічні техології, які вимагають високоточної апаратури (електрон­них, атомно-силових мікроскопів, рентгенівських установок, приладів із фотоелектронної спектроскопії  та інших). А з добрим дорогим обладнанням у нашому інституті й в Україні в цілому проблема. Проте робота в цьому напрямку триває, бо вуглецеві наноматеріали (навіть отримані за найпростішою технологією) мають великий попит серед виробників різних видів продукції найширшого спектра застосування.

— Інститут не пробував вийти зі своїми результатами на міжнародний рівень оцінки й визнання?

— Ідею представити на конкурс у Нобелівський комітет досягнення інституту в галузі досліджень високодисперсного кремнезему виношував перший директор ІХП Олексій Олексійович Чуйко. Але, на превеликий жаль, у 2006 році він передчасно пішов з життя, не встигши виконати задумане. А Нобелівські премії, як відомо, присуджують тільки живим ученим. У підсумку за результати, отримані під час дослідження хімічних процесів на поверхні твердих тіл, у 2007 році володарем престижної нагороди став єдиний учений-хімік із Німеччини Герхард Ертл. У мотивації відзначено, що знання в цій галузі дуже важливі для хімічної промисловості й дають, зокрема, розуміння процесів корозії металів, роботи каталізаторів. Цей розділ хімії дозволяє також вивчити процеси зменшення озонового шару Землі. Ще одна Нобелівська премія з нашої тематики була присуджена в 1996 році американським ученим Роберту Керлу, Харольду Крото й Річарду Смоллі за відкриття фулеренів. Тож у нас є дуже добрі шанси стати нобелівськими лауреатами, і ми ними обов’язково скористаємося.

— Що ви можете сказати про практичний бік наукових досягнень Інституту хімії поверхні?

— Фундаментальні дослідження адсорбційних і хімічних процесів, які перебувають на межі розділу фаз, дозволили запропонувати­ декілька нових матеріалів­ сорбційного призначення. Це адсорбенти для вилучення радіонуклідів із природних вод і технологічних розчинів, очищення питної води від мікроорганізмів і органічних сполук, для синтезу та концентрації домішок токсичних металів, визначення вмісту цукру в продуктах харчування, збору нафти й нафтопродуктів у разі аварій.

На рахунку наших учених чимало медичних матеріалів широкого спектра дії: ентеросорбенти, за допомогою яких можна ефективно лікувати хворих з отруєннями, кишково-шлунковими інфекціями та гнійно-запальними процесами; композиційні матеріали, які містять лікарські й біологічно активні речовини; матеріали для стоматології; хірургічні пов’язки; санітарно-гігієнічні засоби; харчові домішки; біосумісні ортопедичні матеріали. Активно розробляються способи капсулювання сполук медичного призначення для виготовлення препаратів пролонгованої дії.

Дослідження процесів розсіювання та поглинання електромагнітного випромінювання в дисперсно-неоднорідних середовищах стали основою для створення композитних матеріалів із заздалегідь визначеними електрофізичними парамет­рами.

Серед розробок інституту­ слід також виділити тиксотропну змащувальну речови­­ну «Сілар», використовува­ну в машинобудуванні, авіаційній, суднобудівній, харчовій та хімічній промисловості; стаціонарні радіопрозорі конструкції для радіолокаційних станцій; ізоляційні матеріали для захисту об’єктів і обслугового персоналу від електромагнітного випромінювання; засоби дезактивації, локалізації та зниження запиленості, які можна застосовувати під час ліквідації аварій на атомних електростанціях.

Синтезовано високоефективні оксидні й вуглецеві матеріали, які напевно знайдуть застосування як чутливі елементи сенсорних пристроїв, нанореакторів і нанокапсул медичного призначення; плівкові матеріали для оптичних пристроїв і каталітичних процесів і багато чого іншого.

— У колективі ІХП чимало талановитих і по-справжньому маститих­ учених. Але все-таки кому можна віддати золоту пальму першості?

— Не замислюючись називаю головного претендента — Олексій Олексійович Чуйко, якого в наших колах уважають «батьком» хімії поверхні (спочатку в СРСР, а після розпаду Союзу — в Україні). Інститут хімії поверхні формувався й працював відповідно до ідеології Олексія Олексійовича, його поглядів, нерідко фантастичних і в той же час дуже життєвих ідей. Чудовий організатор, який мав надзвичайну наукову інтуїцію, Чуйко робив усе для того, щоб учені-хіміки домагалися вагомих результатів і пишалися плодами своєї праці. Для мене справа честі — продовжувати традиції, закладені моїм великим попередником.

До речі, відповідно до індексу Гірша, з кількості наукових публікацій та їх цитованості ми протягом останніх п’яти років стабільно посідаємо 10 — 11-те місця серед інститутів Національної Академії наук України (дані Національної бібліотеки ім. В.І.Вернадського НАНУ). Серед хімічних інститутів ІХП кілька разів був визнаний кращим, а торік поступився лише одним балом Інституту біоорганічної хімії та нафтохімії. У нас також один із кращих журналів із хімії. Він видається із січня 2010 року, але вже цитується декількома організаціями за кордоном. Серед провідних співробітників ІХП слід відзначити кандидатів і докторів наук, завіду­вачів відділами В.Тьортих,  В.Покровсь­кого, Л.Бєлякову, В.Туро­ва, В.Гунька, П.Гор­бика, Л.Гречка, Ю.Зуба, В.Лобанова, Н.Смирнову, М.Борисенка, Ю.Плюту, А.Гірченка.

— За офіційними мірками, 25-річчя від дня народження нині не входить до розряду ювілеїв, але ви відзначили цю дату солідно, за участю численних гостей і партнерів.

— Для інституту і його колективу 25 років — це ціла епоха й знакова подія. Тому ми були дуже раді бачити на врочистому заході в нас у гостях президента Національної Академії наук України Бориса Євгеновича  Патона, учених із Києва,­­ Харкова, Москви, Ново­­сибірська та Санкт-Петер­бурга. Приїхали також гості з Білорусі, Вірменії, Азербайджану, Угорщини, Греції та Польщі. З усіма ними нас пов’язують міцні узи партнерства, робота в спільних  проектах, товариська взаємо­допомога. Наприклад, у  Люблинському університеті ім. Марії Складовської-Кюрі завдяки підтримці Європейського Союзу встановлено сучасне дороге обладнання, про яке ми поки можемо тільки мріяти. Але завдяки партнерським зв’язкам наші вчені мають можливість під час відряджень користуватися цією приладовою базою й реалізовувати свої ідеї. Із Будапештським університетом економіки та технології, Брайтонським університетом (Велика Британія), центром наукових досліджень «Демокрітос» (Греція) та іншими закордонними ВНЗ нас поєднує рамкова програма, завдяки якій ми можемо здійснювати довгострокові поїздки в провідні закордонні наукові центри, виконувати дослідні роботи на сучасному обладнанні. І таких прикладів чимало.

— Чим ви плануєте здивувати Україну та світ найближчим часом?

— Не можна від науки вимагати подвигів за розкладом. Наукові дослідження, пошуки, експерименти можуть тривати десятки років і більше, а потім миттєво вилитися в сенсаційне відкриття. Тож науку треба плекати, фінансувати, забезпечувати її розвиток, незважаючи на проблеми, що виникають у суспільстві на тому або іншому етапі еволюційного розвитку.

Наша стихія — оксидні (насамперед кремнеземні) та вуглецеві матеріали. Саме до цього інститут і докладе основних зусиль. З огляду на вже досягнуті результати, ми чітко бачимо свої перспективи. Відповідно до тео­рії розвитку нанотехнологій, основні етапи якої «обраховано» до 2050 року, роботи в нас — сила-силенна. Тож відкриття обов’язково будуть!

Від лікарських препаратів до військових технологій

В останні роки ІХП приділяє велику увагу використанню отриманих результатів у медичній практиці. Зокрема, ведеться робота з розширення сфери застосування лікувально-профілактичного препарату сорбційної дії «Силікс». Медикам Вінницького національного медичного університету ім. М.І.Пирогова для лікування гнійних ран запропонована сорбційна композиція «Флотоксан», до складу якої ввійшли поліметилсилоксан і «Силікс» у поєднанні з етонієм. Експериментально-клінічні дослідження показали, що інстиляції 2,5-відсоткового ізотонічного колоїдного розчину «Силіксу» значно поліпшують лікування лужних опіків і виразкових кератитів очей. Створено технічний регламент на виробництво лікарського препарату «Силікс» у формі порошку й суспензії в пакетах з однією дозою. Технологію передано ЗАТ «Біофарма» (Київ) для промислової ­реалізації.

На основі «Силіксу», високодисперсного кремнезему й лікарських трав розроб­лено комбіновані лікарські препарати.

Інститут весь час виконує роботи на замовлення різних підприємств та організацій України та Росії. Наприклад, його вчені створили технологію композиційного матеріалу для виготовлення радіопрозорих обтічників (захисних кожухів) радарних пристроїв літаків, кораблів тощо і розробили конструкцію, яка забезпечує поліпшені радіотехнічні характеристики за заданих умов її навантаження. Підготовлено технологію виготовлення параболічного рефлектора антен із композиційних матеріалів. Розроблено методи регулювання відбивних і поглинальних властивостей із використанням ультрадисперсних частинок у перспективних фазових антенних решітках, що дозволило підвищити їхні експлуатаційні характеристики.

Відповідно до договору з держадміністрацією Києва створена технологія виготовлення гідротеплоізоляційних оболонок для трубопроводів, що дає можливість значно знизити металоємність і вартість будівельних робіт. Розроблена й упроваджена у виробництво тест-система «Мікротест-Білок» для визначення вмісту білка; технологія одержання захисно-стимулювальних сумішей для капсулювання насіння декоративних культур і газонних трав за замовленням комунального об’єднання «Київзеленбуд»; конструкційні форми гідро­­фобізованих поліметил­силоксаном базальтових волокон для збору розлитих нафти й нафтопродуктів. Виготовлено діючий зразок (макет) комп’ютерного комплексу — диференціального мікрокалориметра (ДМК), який можна застосовувати для вивчення теплових і релаксаційних процесів у макромолекулярних,  колоїдно-дисперсних, нано-, біо- та інших системах. ДМК допоможе також у вивченні термодинамічних параметрів речовин — ізобарної теплоємності та її зміни за температурних вимірювань; температури, ентальпії та ентропії фазових перетворень, енергетичних змін різної природи, теплоти змочування; для проведення досліджень поверхневих плівок і шарів води в різних дисперсних структурах як мінерального, так і органічного походження, у тому числі біологічні процеси.

Найбільший попит серед розробок інституту на зовнішньому ринку мають технології виробництва високодисперсних кремнеземів, які впроваджені на ДП «Калуський дослідно-експериментальний завод ІХП НАН України».

Микола Картель

Доктор хімічних наук, професор, член-кореспондент НАН України

Обраний директором Інституту хімії поверхні ім. О.О.Чуйка НАНУ на конкурсній основі в 2008 році. До переходу в ІХП обіймав посаду заступника директора Інституту­ сорбції та проблем ендоекології НАН України.

Фахівець у галузі радіаційної хімії гетерогенних систем, фізики-хімії адсорбентів, сорбційних­ технологій та процесів. Наукова діяльність­ охоплює вивчення радіа­ційно-хімічних ефек­­тів у поверхневому шарі адсорбентів і дисперсних матеріалів, синтез вуглецевих і композиційних сорбентів із керованими властивостями щодо пористої структури та хімії поверхні, дослідження адсорбційних, іонообмінних, електрохімічних і каталітичних процесів за участю синтетичного вугілля,­ створення сорбентів медичного призначення зі спрямованою терапевтичною дією.

Брав активну участь у розробці та впровадженні технології дослідно-промислового і промислового виробництва синтетичного вугілля марок «СКН», «СКС», «СКАН», різновидів кісточкового вугілля марки «КАУ», а також сумісних із кров’ю вуглецевих гемосорбентів; у реалізації міжнародних наукових проектів із європейських програм INTAS, NATO Science for Peace, американського фонду цивільних досліджень і розвитку CRDF та інших.

У творчому багажі вченого — понад 600 наукових публікацій, 80 патентів і авторських свідоцтв. У 1986 році за роботу зі створення й використання вуглецевих адсорбентів у медичній практиці був визнаний гідним Державної премії України в галузі науки і техніки.

Довідка «УТГ»

Інститут хімії поверхні (м. Київ) створений у 1986 році на базі відділення хімії поверхні та спеціального конструкторсько-технологічного бюро Інституту фізичної хімії ім. Л.В.Писаржевського АН УРСР.

Він став першим у Радянському Союзі й залишається дотепер єдиною на пострадянському просторі академічною установою, де провадять фундаментальні та прикладні дослідження в галузі хімії, фізики та технології високодисперсних твердих тіл.

Із перших днів інститут очолив О.О.Чуйко, який керував раніше однойменним відділом, а потім відділенням Інституту фізичної хімії.

Інституту підконтрольні три дослідно-експерименталь­них заводи (у Калуші, Сиваші й Чигирині).

Довідка «УТГ»

CRDF — некомерційна доброчинна організація, створена урядом США в 1995 році. Підтримує науково-технічне співробітництво між Сполученими Штатами Америки й державами, що раніше входили до складу Радянського Союзу (FSU).

INTAS (The International Association for the Promotion of Co-operation with Scientists from the New Independent States of the Former Soviet Union) — міжнародна асоціація зі сприяння співробітництву з ученими нових незалежних держав колишнього СРСР. Функціонувала з 1993 до квітня 2007 року.

NATO Science for Peace — невоєнна програма НАТО «Наука заради миру». Україна посідає друге місце (після Росії) серед партнерів з інтенсивності співробітництва в рамках цієї програми.