Обыкновенное чудо химии

Четверть века ученые Института химии поверхности им. А.А.Чуйко (ИХП) Национальной Академии наук Украины превращают фантастические идеи в реально действующие технологии, «шьют» из молекул и наночастиц новые материалы для медицинской, пищевой, нефтегазовой, авиационной, судостроительной, химической, военной и других отраслей промышленности.

О достижениях и трудовых буднях института рассказывает его директор Николай Картель.

— Николай Тимофеевич, Институт химии поверхности создавался при социализме. Нелегко, наверное, было найти свое место в новых политических и экономических реалиях?

— Во-первых, со дня основания и до сей поры наш институт остается государственным предприятием со всеми вытекающими отсюда плюсами и минусами. Если оглянуться в прошлое, можно сказать, что он основан в те годы, когда в СССР доминировало уважительное отношение к науке в целом и к химии в частности. У нас было стабильное финансирование, которого хватало на зарплату, развитие материально-технической базы, приобретение современных приборов. Ученые не метались по предприятиям, городам и странам в поисках платежеспособных заказчиков. Я бы назвал ИХП одним из лучших научных проектов 80-х годов, к которому современное Украинское государство должно относиться с не меньшим почтением и вниманием. Потому что научный потенциал во все времена и во всех цивилизованных странах считается мозгом общества. И от того, насколько эффективно работает этот мозг, зависит развитие научно-технического прогресса и благосостояние людей не только в отдельно взятом государстве, но и во всем мире.

Могу без ложной скромности сказать, что с высококвалифицированными кадрами у нас все в порядке. В ИХП работает свыше 300 сотрудников, в том числе 17 докторов и более 90 кандидатов химических, физико-математических, технических, биологических, медицинских и фармацевтических наук, а также 30 аспирантов. Могло бы быть больше, но часть сотрудников уеха­ла за рубеж в поисках более престижной и высокооплачиваемой работы. А оставшиеся продолжают двигать отечественную науку и добиваются весьма солидных результатов.

— Какие работы или проекты вы считаете наиболее значительными достижениями института?

— Фундаментом, на котором строится научно-исследовательская работа ИХП, стал кремнезем. Не случайно элемент кремний введен в символику института. Бесспорно, к числу достижений можно отнести то, что мы научились получать высокодисперсный и наноразмерный кремнезем с хорошим выходом полезной составляющей, минимизировав затраты. Затем пошли дальше по пути модификации, «пришивали» на него различные функциональные группы и молекулы, дающие совершенно новые свойства — водоотталкивающие, водопоглощающие и другие, необходимые для синтеза новых веществ. Иными словами, получали и продолжаем получать новые наноматериалы с заданными свойствами.

Помимо кремнезема занимаемся изучением оксидов алюминия, титана, циркония и смешанных систем на их основе, а также углеродными системами – нанотрубками, фуллеренами, графенами, аэрогелями. Открытия в этой сфере имеют колоссальное значение не только для науки, но и для всех сфер жизнедеятельности человека.

В ИХП создана собственная технология получения углеродных нанотрубок на опытно-промышленной платформе. Речь, конечно же, идет не о заводских цехах с транспортерными лентами, на которых лежат горы готового вещества. Из килограмма специально подготовленного порошка можно выделить лишь доли процента невидимых простому глазу нанотрубок. Их надо экстрагировать из общей массы «сырья», очистить, подготовить к дальнейшему применению. Это очень серьезные химические технологии, требующие высокоточной аппаратуры (электронных, атомно-силовых микроскопов, рентгеновских установок, приборов по фотоэлектронной спектроскопии и других). А с хорошим дорогим оборудованием в нашем институте и в Украине в целом проблема. Тем не менее работа в этом направлении продолжается, потому что углеродные наноматериалы (даже полученные по самой простой технологии) имеют высокий спрос среди производителей различных видов продукции широчайшего спектра применения.

— Институт не пробовал выйти со своими результатами на международный уровень оценки и признания?

— Идею представить на конкурс в Нобелевский комитет достижения института в области исследований высокодисперсного кремнезема вынашивал первый директор ИХП Алексей Алексеевич Чуйко. Но, к глубокому сожалению, в 2006 году он преждевременно ушел из жизни, не успев выполнить задуманное. А Нобелевские премии, как известно, присуждают только здравствующим ученым. В итоге за результаты, полученные при исследовании химических процессов на поверхности твердых тел, в 2007 году обладателем престижной награды стал единственный ученый-химик из Германии Герхард Эртл. В мотивации отмечено, что знания в этой области очень важны для химической промышленности и дают, в частности, понимание процессов коррозии металлов, работы катализаторов. Этот раздел химии позволяет также изучить процессы уменьшения озонового слоя Земли. Еще одна Нобелевская премия по нашей тематике была присуждена в 1996 году американским ученым Роберту Керлу, Харольду Крото и Ричарду Смолли за открытие фуллеренов. Так что у нас есть очень хорошие шансы стать нобелевскими лауреатами, и мы их обязательно используем.

— Что вы можете сказать о практической стороне научных достижений Института химии поверхности?

— Фундаментальные исследования адсорбционных и химических процессов, находящихся на границе раздела фаз, позволили предложить ряд новых материалов сорбционного назначения. Это адсорбенты для извлечения радионуклидов из естественных вод и технологических растворов, очистки питьевой воды от микроорганизмов и органических соединений, для синтеза и концентрации примесей токсичных металлов, определения содержимого сахара в продуктах питания, сбора нефти и нефтепродуктов при авариях.

На счету наших ученых немало медицинских материалов широкого спектра действия: энтеросорбенты, с помощью которых можно эффективно лечить больных с отравлениями, кишечно-желудочными инфекциями и гнойно-воспалительными процессами; композиционные материалы, которые содержат лекарственные и биологически активные вещества; материалы для стоматологии; хирургические повязки; санитарно-гигиенические средства; пищевые добавки; биосовместимые ортопедические материалы. Активно разрабатываются способы капсулирования соединений медицинского назначения для изготовления препаратов пролонгированного действия.

Исследования процессов рассеивания и поглощения электромагнитного излучения в дисперсно-неоднородных средах стали основанием для создания композитных материалов с заранее определенными электрофизическими параметрами.

Среди разработок института следует также выделить тиксотропное смазывающее вещество «Силар», используемое в машиностроении, авиационной, судостроительной, пищевой и химической промышленности; стационарные радиопрозрачные конструкции для радиолокационных станций; изоляционные материалы для защиты объектов и обслуживающего персонала от электромагнитного излучения; средства дезактивации, локализации и снижения запыленности, которые можно применять при ликвидации аварий на атомных электростанциях.

Синтезированы высокоэффективные оксидные и углеродные материалы, которые наверняка найдут применение в качестве чувствительных элементов сенсорных устройств, нанореакторов и нанокапсул медицинского назначения; пленочные материалы для оптических устройств и каталитических процессов и многое другое.

— В коллективе ИХП немало талантливых и по-настоящему маститых ученых. Но все же кому можно отдать золотую пальму первенства?

— Не задумываясь называю главного претендента — Алексей Алексеевич Чуйко, которого в наших кругах считают «отцом» химии поверхности (сначала в СССР, а после распада Союза – в Украине). Институт химии поверхности формировался и работал в соответствии с идеологией Алексея Алексеевича, его взглядами, нередко фантастическими и в то же время очень жизненными идеями. Великолепный организатор, обладающий высочайшей научной интуицией, Чуйко делал все для того, чтобы ученые-химики добивались весомых результатов и гордились плодами своего труда. Для меня дело чести — продолжать традиции, заложенные моим великим предшественником.

Кстати, согласно индексу Хирша, по количеству научных публикаций и их цитируемости мы в течение последних пяти лет стабильно занимаем 10—11-е места среди институтов Нацио­­нальной Академии наук Украины (данные Нацио­нальной библиотеки им. В.И.Вернадского НАНУ). Среди химических институтов ИХП несколько раз был признан лучшим, а в прошлом году уступил всего один балл Институту биоорганической химии и нефтехимии. У нас также один из лучших журналов по химии. Он издается с января 2010 года, но уже цитируется рядом организаций за рубежом. Среди ведущих сотрудников ИХП следует отметить кандидатов и докторов наук, заведующих отделами В.Тёртых, В.Покровского, Л.Белякову, В.Турова, В.Гунько, П.Гор­бика, Л.Гречко, Ю.Зуба, В.Ло­­­банова, Н.Смирнову, М.Борисенко, Ю.Плюто, А.Гирченко.

— По официальным меркам, 25-летие со дня рождения ныне не входит в разряд юбилеев, но вы отметили эту дату солидно, с участием многочисленных гостей и партнеров.

— Для института и его коллектива 25 лет — это целая эпоха и знаковое событие. Поэтому мы были очень рады видеть на торжественном мероприятии у нас в гостях президента Национальной Академии наук Украины Бориса Евгеньевича Патона, ученых из Киева, Харькова, Москвы, Новосибирска и Санкт-Петербурга. Приехали также гости из Беларуси, Армении, Азербайджана, Венгрии, Греции и Польши. С ними со всеми нас связывают крепкие узы партнерства, работа в совместных проектах, товарищеская взаимовыручка. Например, в Люблинском университете им. Марии Склодовской-Кюри благодаря поддержке Европейского Союза установлено современное дорогостоящее оборудование, о котором мы пока можем только мечтать. Но благодаря партнерским связям наши ученые имеют возможность во время командировок пользоваться данной приборной базой и реализовывать свои идеи. С Будапештским университетом экономики и технологии, Брайтонским университетом (Великобритания), центром научных исследований «Демокритос» (Греция) и другими зарубежными вузами нас объединяет рамочная программа, благодаря которой мы можем осуществлять долгосрочные поездки в ведущие зарубежные научные центры, выполнять исследовательские работы на современном оборудовании. И таких примеров немало.

— Чем вы собираетесь удивить Украину и мир в ближайшее время?

— Нельзя от науки требовать подвигов по расписанию. Научные изыскания, поиски, эксперименты могут продолжаться десятки лет и больше, а потом в одно мгновение вылиться в сенсационное открытие. Так что науку надо холить и лелеять, финансировать, обеспечивать ее развитие, несмотря ни на какие проблемы, возникающие в обществе на том или ином отрезке эволюционного развития.

Наша стихия — оксидные (прежде всего кремнеземные) и углеродные материалы. Вот на этом институт и сосредоточит главные усилия. Опираясь на уже достигнутые результаты, мы четко видим свои перспективы. Согласно теории развития нанотехнологий, основные этапы которой «просчитаны» до 2050 года, работы у нас — непочатый край. Так что открытия обязательно будут!

От лекарственных препаратов до военных технологий

В последние годы ИХП уделяет большое внимание использованию полученных результатов в медицинской практике. В частности, идет работа по расширению сферы применения лечебно-профилактического препарата сорбционного действия «Силикс». Медикам Винницкого национального медицинского университета им. Н.И.Пирогова для лечения гнойных ран предложена сорбционная композиция «Флотоксан», в состав которой вошли полиметилсилоксан и «Силикс» в сочетании с этонием. Экспериментально-клинические исследования показали, что инстилляции 2,5-процентного изотонического коллоидного раствора «Силикса» значительно улучшают лечение щелочных ожогов и язвенных кератитов глаз. Создан технический регламент на производство лекарственного препарата «Силикс» в форме порошка и суспензии в пакетах с одной дозой. Технология передана ЗАО «Биофарма» (Киев) для промышленной реализации.

На основе «Силикса», высокодисперсного кремнезема и лекарственных трав разработаны комбинированные лекарственные препараты.

Институт постоянно выполняет работы по заказам различных предприятий и организаций Украины и России. Например, его ученые создали технологию композиционного материала для изготовления радиопрозрачных обтекателей (защитных кожухов) радарных устройств самолетов, кораблей и разработали конструкцию, обеспечивающую улучшенные радио­технические характеристики при заданных условиях его нагрузки. Подготовлена технология изготовления параболического рефлектора антенн из композиционных материалов. Разработаны методы регулирования отражающих и поглощающих свойств с использованием ультрадисперсных частиц в перспективных фазовых антенных решетках, что позволило повысить их эксплуатационные характеристики.

Согласно договору с госадминистрацией Киева создана технология изготовления гидротеплоизоляционных оболочек для трубопроводов, что дает возможность значительно снизить металлоемкость и стоимость строительных работ. Подготовлены и внедрены в производство тест-система «Микротест-белок» для определения микросодержимого белка; технология получения защитно-стимулирующих смесей для капсулирования семян декоративных культур и газонных трав по заказу коммунального объединения «Киевзеленстрой»; конструкционные формы гидрофобизованных полиметилсилоксаном базальтовых волокон для сбора разливов нефти и нефтепродуктов. Изготовлен действующий образец (макет) компьютерного комплекса — дифференциального микрокалориметра (ДМК), который можно применять для изучения тепловых и релаксационных процессов в макромолекулярных, коллоидно-дисперсных, нано-, био- и других системах. ДМК поможет также в изучении термодинамических параметров веществ — изобарной теплоемкости и ее изменения при температурных измерениях; температуры, энтальпии и энтропии фазовых превращений, энергетических изменений разной природы, теплоты смачивания; для проведения исследований поверхностных пленок и слоев воды в разных дисперсных структурах как минерального, так и органического происхождения, включая биологические процессы.

Наибольшим спросом среди разработок института на внешнем рынке пользуются технологии производства высокодисперсных кремнеземов, которые внедрены на ГП «Калушский опытно-экспериментальный завод ИХП НАН Украины».

Николай Картель

Доктор химических наук, профессор, член-корреспондент НАН Украины

Избран директором Института химии поверхности им. А.А.Чуйко НАНУ на конкурсной основе в 2008 году. До перехода в ИХП занимал должность заместителя директора Института сорбции и проблем эндоэкологии НАН Украины.

Специалист в области радиационной химии гетерогенных систем, физики-химии адсорбентов, сорбционных технологий и процессов. Научная деятельность охватывает изу­чение радиационно-химических эффектов в поверхностном слое адсорбентов и дисперсных материалов, синтез углеродных и композиционных сорбентов с управляемыми свойствами относительно пористой структуры и химии поверхности, исследования адсорбционных, ионообменных, электрохимических и каталитических процессов при участии синтетического угля, создание сорбентов медицинского назначения с направленным терапевтическим действием.

Принимал активное участие в разработке и внедрении технологии опытно-промышленного и промышленного производства синтетического угля марок «СКН», «СКС», «СКАН», разновидностей косточкового угля марки «КАУ», а также совместимых с кровью углеродных гемосорбентов; в реализации международных научных проектов по европейским программам INTAS, NATO Science for Peace, американского фонда гражданских исследований и развития CRDF и других.

В творческом багаже ученого — свыше 600 научных публикаций, 80 патентов и авторских свидетельств. В 1986 году за работу по созданию и использованию углеродных адсорбентов в медицинской практике был удостоен Государственной премии Украины в области науки и техники.

Справка «УТГ»

Институт химии поверхности (г. Киев) создан в 1986 году на базе отделения химии поверхности и специального конструкторско-технологического бюро Института физической химии им. Л.В.Писаржевского АН УССР.

Он стал первым в Советском Союзе и остается поныне единственным на постсоветском пространстве академическим учреждением, нацеленным на выполнение фундаментальных и прикладных исследований в области химии, физики и технологии высокодисперсных твердых тел.

С первых дней институт возглавил А.А.Чуйко, руководивший ранее одноименным отделом, а затем отделением Института физической химии.

Институту подконтрольны три опытно-эксперимен­тальных завода (в Калуше, Сиваше и Чигирине).

Справка «УТГ»

CRDF — некоммерческая благотворительная организация, созданная правительством США в 1995 году. Поддерживает научно-техническое сотрудничество между Соединенными Штатами Америки и государствами, ранее входившими в состав Советского Союза (FSU).

INTAS (The International Association for the Promotion of Co-operation with Scientists from the New Independent States of the Former Soviet Union) — международная ассоциация по содействию сотрудничеству с учеными новых независимых государств бывшего СССР. Функционировала с 1993 до апреля 2007 года.

NATO Science for Peace — невоенная программа НАТО «Наука ради мира». Украина занимает второе место (после России) среди партнеров по интенсивности сотрудничества в рамках данной программы.