Нанороботы на страже человека

 

 

 

Всеволод Твердислов, заведующий кафедрой биофизики МГУ, доктор физико-математических наук:

Здравствуйте, дорогие зрители. Мы продолжаем наши еженедельные встречи «Популярная наука». Сегодня в гостях профессор Кашкаров Павел Константинович, профессор Московского университета, заведующий кафедрой oбщей физики и молекулярной электроники.Павел Константинович, я хотел бы сегодня беседовать о том, как вы вошли в новое направление науки и технологии. Речь пойдет, как вы, конечно, понимаете, о нанотехнологии и смежных областях. И вопрос мой сегодня: в какой мере это движение науки связано с наукой о наноразмерных объектах? В какой мере это технологии? В какой мере это технологии, уходящие в бизнес, в деловую жизнь, в производство? В средствах массовой информации и в научных беседах, как правило, не проступают структуры. Ведь на самом деле за всем этим стоит взаимодействие разных организаций, государственных и частных органов. Расскажите вот об этом, пожалуйста.

Павел Кашкаров, заведующий кафедрой общей физики и молекулярной электроники МГУ, доктор физико-математических наук:

Уже довольно давно, я думаю, может быть, и в прошлом веке ученые обнаружили, что свойства различных объектов, кристаллов, аморфных веществ в макроскопических размерах, скажем, от метра до одной миллионной метра (до микрона) они практически одинаковы. Оптические свойства, электрические, тепловые – они не меняются. Но если мы переходим к размеру, скажем, десятков нанометров, то здесь появляется удивительное свойство – все эти перечисленные качества начинают зависеть от размера.

Всеволод Твердислов:

Когда мы уменьшаем размеры от микронных  в 100 раз примерно, да?

Павел Кашкаров:

Да. Оказывается, что эти свойства становятся функцией размера. Причем, радикальным образом меняются оптические свойства, с точки зрения химии, каталитическая активность, практически все. И как бы появляется новая степень свободы: изменять качество веществ не за счет химического состава, т.е. композиции, а за счет изменения размера. Вот в чем суть. Конечно, говоря о нанотехнологиях, я обязательно должен упомянуть имя выдающегося ученого, блестящего организатора науки, великолепного оратора, профессора Ковальчука Михаила Валентиновича.

Всеволод Твердислов:

Вы сейчас с ним работаете?

Павел Кашкаров:

Он возглавляет  Российский научный центр «Курчатовский  институт», является его директором. Этот институт является головной научной  организацией по всей нанотехнологической программе.

Всеволод Твердислов:

Т.е. фактически это головная организация в нашей  стране по научным разработкам в области нанотехнологий?

Павел Кашкаров:

Да. Ну и, говоря о Михаиле Валентиновиче, я бы сказал так, что, именно, благодаря его таланту убеждать людей, лидеры нашей страны реально осознали, что это направление требует очень серьезной финансовой поддержки.

Всеволод Твердислов:

Государственной поддержки.

Павел Кашкаров:

Да, государственной  поддержки. И за ним стоит будущее. Если мы не сделаем это сегодня, то через 20-30 лет мы окажемся…

Всеволод Твердислов:

Мы этого  не сделаем.

Павел Кашкаров:

Мы этого  не сделаем никогда. Этот уровень будет недосягаем. Есть целый набор таких программных документов, которые, собственно, регламентируют развитие нанотехнологии в стране. И это очень серьезные документы, где по существу прописаны все важнейшие пункты нанотехнологической концепции. Собственно, по этому пути следуют и другие страны в мире. И первыми стартовали здесь Соединенные Штаты. В 2000 году была объявлена национальная нанотехнологическая инициатива. И вот нашим важнейшим исходным документом является президентская инициатива «Стратегия развития наноиндустрии» сформулированная Владимиром Владимировичем Путиным.

Всеволод Твердислов:

Это какой год?

Павел Кашкаров:

Апрель 2007 года. И в этом документе уже перечислены практически все важнейшие аспекты тех вопросов, которые нужно решить, если мы движемся по пути развития нанотехнологий. И инструментальной составляющей надо оснастить лаборатории, предприятия соответствующей техникой. Надо дать соответствующее образование. Надо некоторые организационные движения сделать. В этом документе все есть. И "Курчатовский институт" там обозначен как организация, координатор работ по этой президентской инициативе. Дальше очень важный момент – это построение дорожной карты, прогнозные вещи. Потому что, все-таки, - это новая наука. И вот здесь надо отметить как бы некое отличие развитых стран от России. В развитых странах бизнес идет на поддержку высокотехнологичных отраслей науки.

Всеволод Твердислов:

Это очень болезненную тему вы сейчас затрагиваете.

Павел Кашкаров:

Дело в том, что это, конечно, капиталоемкий, это рискованный бизнес. Но, если здесь получается – он дает отдачу. В России пока бизнес не готов вкладывать серьезные деньги в развитие науки.

Всеволод Твердислов:

Потому что там двух-, трехходовые у  нас должны быть исследования, эти  технологические разработки. Наш  бизнес умеет одноходовые вещи в основном делать.

Павел Кашкаров:

Наверное. И я скажу здесь: государство предприняло такой очень интересный экономический ход. Была создана государственная корпорация «Росснанотех». Задача именно «Росснанотеха» – это самый финальный этап развития нанотехнологии, это коммерционализация. Это развитие существующих производств и создание новых производств с использованием нанотехнологий.

Всеволод Твердислов:

Павел Константинович, все вместе вызывает один такой же общий вопрос. Для того, чтобы находки и уже хорошие разработки из области нанонауки и нанотехнологии попали в производство, должна быть широкая инфраструктура. Потому что одна находка не может делать революцию в авиапромышленности, в атомной промышленности, химической промышленности. Должен быть некий фронт внедрения. У нас же сейчас, на самом деле, производство государственное очень разрознено: где-то есть, а где-то вообще потеряно производство. Вот как мы ориентируем технологии на те производства, которые в стране живы?

Павел Кашкаров:

Во-первых, надо четко себе представлять, что  линия на развитие нанотехнологии, как бы дорога в этом направлении, имеет два независимых и несколько различных пути. Одно направление – это использование нанотехнологий в традиционных отраслях: машиностроение, металлургия, химия, нефтепроизводство, нефтедобыча и т.д. И здесь, я вам скажу, уже сегодня они очень широко используются. Есть результаты. И есть вторая ветвь, наверное, которая вам, как ученому и как биофизику, будет даже существенно более интересной – это использование нанотехнологий, особенно нанобиотехнологий, для созданий материалов и особенно устройств абсолютно нового типа. Это путь по созданию гибридных устройств, уже объединяющих живую и неживую природу. В итоге, с переходом в устройства антропоморфного типа.

Всеволод Твердислов:

Смотрите, нет ни одного механического насоса, который может сделать столько сокращений как наше замечательное сердце. На 2-3 порядка уступают сокращению сердца за человеческую жизнь любые насосы механические: пластиковые, металлические и т.д. Потому что сердце обновляется, клетки обновляются. Также происходит и с другими нашими органами. Где в нанотехнологиях мы надеемся на то, что системы будут самовосстанавливаться? Тогда они действительно приблизятся к живым.

Павел Кашкаров:

То, о  чем вы говорите, это, в значительной мере, философская проблема: где граница между живым и неживым? Я думаю, что до конца, наверное, такую резкую границу мы не проведем. Это знаете, как, когда складывают шарики, когда там пирамида получается, при каком числе этих шариков?

Всеволод Твердислов:

Сначала еще не пирамида, а потом уже совсем пирамида.

Павел Кашкаров:

Да. Вот когда мы можем применить это понятие вживую? Я думаю, что, наверное, нам неплохо бы поговорить, если это интересно, о тех именно направлениях в науке, в нано,- био,- информационных и когнитивных науках, где мы ждем заметных таких прорывов.

Всеволод Твердислов:

Давайте.

Павел Кашкаров:

Такой нанотехнологический мегапроект –  это первый проект, который имеет  прямую социальную направленность. Его  цель – улучшить качество жизни  людей.

Всеволод Твердислов:

Это очень важно.

Павел Кашкаров:

Это значит, в первую очередь, – медицина. И мне вот это направление  представляется наиболее привлекательным. Это и создание новых лекарств, причем, на совершенно иных принципах. Первое, – это дизайн лекарств. Для этого нужен целый набор инструментов.

Всеволод Твердислов:

Т.е. это  молекулярные конструкции, так скажем.

Павел Кашкаров:

Конечно же. Биомедики нам говорят, какой  нужно белок получить, чтоб сделать  такое лекарство. Дальше на белковой фабрике нарабатывается этот белок, дальше он кристаллизуется. И мы можем с помощью тех инструментов, которые есть у нас в стране, исследовать структуру этого белка.

Всеволод Твердислов:

Пространственную, с точностью до координаты атома.

Павел Кашкаров:

До координаты атома. Это очень непростая задача. Она требует еще мощного моделирования, попутно счета, но это можно сделать, получить белок. Дальше можно создать лекарственную форму, которую требуют медики.

Всеволод Твердислов:

Но это  не только белок. Это вы условно говорите.

Павел Кашкаров:

Конечно, это я условно сказал. И финально дальше можем это лекарство поместить в наноконтейнер.

Всеволод Твердислов:

Это доставка.

Павел Кашкаров:

Целевая доставка. Но не мне вам говорить, вы биолог, вы прекрасно понимаете, что когда мы принимаем любое лекарство, аспирин, проглатываем его, но это как бомбометание для всего организма, что-то идет на пользу, а что-то отравляется этим лекарством. Целевая доставка лекарств – это контейнер, который не позволяет активироваться этому лекарству, пока оно путешествует по организму, и биологическим путем присоединяется, вы лучше меня знаете, антитело, и оно находит тот орган, где должно накопиться это лекарство. Дальше идет разрушение этого контейнера. Итог: мы не травим весь организм, а, скажем, если речь идет об онкологии, о раковой опухоли – все вещество срабатывает в той точке, где нужно. Известно, что лекарство, скажем, созданное для черного населения (кардиологическое) не работает для белых и наоборот. Если мы еще учтем этническую компоненту, то получается принцип, то, что называется сейчас персональная медицина. Т.е. вам подбирается лекарство с учетом вашего генетического паспорта и с использованием адресной доставки, направленной доставки в данный орган.

Всеволод Твердислов:

Две вещи. Первое – это лекарство, второе – это доставка.

Павел Кашкаров:

Это скомбинировано. Есть еще один важнейший момент.

Всеволод Твердислов:

Я все-таки вернусь к доставке. Как правило, проблема контейнера ничуть не меньше утилизации контейнера, ничуть не меньше. Так же как утилизация космических объектов, ведь это тоже стало большой очень проблемой. Вот как здесь?

Павел Кашкаров:

Есть  и неорганические материалы, которые  достаточно биосовместимы, вот, в частности, кремний, допустим. И мы уже сами на физическом факультете на моей кафедре ведем опыты вместе с биологами и медиками по использованию нанокремния, пористого кремния, который обладает очень большой внутренней поверхностью и может нести в малом объеме большое количество вещества, как такой контейнер для доставки лекарств. А именно в наносостоянии он оказывается достаточно быстро биодеградированным. Поэтому, казалось бы, такое неорганическое вещество, как кремний, может быть вполне используем для этих целей.

Всеволод Твердислов:

И вот  третий аспект, о котором вы хотели сказать: лекарство, контейнер и?..

Павел Кашкаров:

И гибридные  системы и, в частности, сенсоры. Сенсоры – это чувствительный элемент на различные, скажем, физические величины и химические воздействия. Как примеры: измеритель ускорения, измеритель температуры – это тоже сенсор. Сенсор типа «собачий нос», который определяет композицию газов в смеси. Это очень важная вещь, особенно для тех производств, где используются и могут быть в результате технологических процессов получены токсичные или взрывоопасные газы.

Всеволод Твердислов:

Это тот  же таможенный досмотр.

Павел Кашкаров:

Конечно. На наркотики, взрывчатые материалы. Наши глаза, наши уши – это все сенсоры. И множество других сенсоров, но это и звук, это и тактильные вещи. Т.е. в итоге, путь развития нанотехнологий по копированию живой природы. Живая природа – это самая первоклассная нанотехнология.

Всеволод Твердислов:

Это то, что мы называли 50 лет назад, ну не столько мы, сколько до нас, бионикой, да? Т.е. совершенно новая реинкарнация бионики.

Павел Кашкаров:

Абсолютно! Вы здесь правы на 100%. Именно бионического типа системы. Т.е. это и построение интеллекта, и все сенсорные системы. Мне представляется это, конечно, фантастически интересным. И как раз у нас создан фантастический центр нано-, био,- информационных и когнитивных наук и технологий. Это лаборатория, где куплены самые современные секвенаторы. И у нас впервые расшифрован геном русского человека, полностью декодирован. Белковые фабрики, все, что связано с когнитивными вещами, нейрофизиологией, сейчас мы строим, т.е. биологический блок самый современный. Лаборатории выглядят просто фантастически. Все инструменты для нанотехнологии – это электронная микроскопия высокого разрешения, которая содержит такие инструменты, которых в мире по 20, скажем, штук. Технологический блок – это совершенно такая многоцелевая, технологически-аналитическая система, которая выпускается в России модульного типа, т.е. там имеется целый набор современных технологий. И блок анализа, включающий электронную микроскопию, атомно-силовую и многое, многое другое. И в высоком вакууме может перемещать образец, изготовив его дальше в этот аналитический блок. Все есть инструменты, известные в мире нанотехнологии – это молекулярно-лучевая эпитаксия и т.д.

Всеволод  Твердислов:

Павел Константинович, за всем этим стоит вот что: приборы можно купить, приборы можно сделать. Но на них должны работать молодые, квалифицированные, азартные, интересующиеся люди.

Павел Кашкаров:

И мотивированные люди. Здесь уж нам с вами, как  говорится, профессорам Московского университета, карты в руки. Мы уже с 2005 года на физическом факультете Московского университета ведем систематическую подготовку специалистов в области нано-, био-, информационных технологий. У нас разработаны очень серьезные магистерские программы. И вот что мне особенно приятно, что, получая диплом, эта молодежь говорит, что вы нам дали великолепное образование. Они востребованы не только в России, но повсюду.

Всеволод  Твердислов:

К сожалению, и «повсюду», да.

Павел Кашкаров:

И надо сказать, что сейчас у "Курчатского института" несколько таких больших образовательных структур. Недавно мы создали новый совершенно факультет Московского физико-технического института.

Всеволод  Твердислов:

Прямо внутри на базе, да.

Павел Кашкаров:

На базе "Курчатского института". В нашем здании происходят занятия – это факультет нано-, био-, информационных и когнитивных технологий. Мы вот в этом году сделали первый набор – это 45 человек. Это молодые люди, которые пришли к нам из специальных школ с очень высоким уровнем по ЕГЭ оценок. И я бы сказал так, что вот такое принципиально междисциплинарное образование, которое у нас реализуется в Физтехе, которое мы пробуем и раньше начали реализовывать на физическом факультете, под силу не всем. Потому что в сопоставимом объемe усвоить физику, математику, химию, биологию, еще и когнитивные науки дано не всем. И вот такие специалисты должны быть интеграторами в научных коллективах. Конечно, специальное узкое образование никогда не перестанет быть востребованным, потому что, в конечном итоге, доводить каждое из направлений должны или биологи, или химики, или физики.

Всеволод  Твердислов:

Специалисты.

Павел Кашкаров:

Но должен быть такой человек, который компетентен  во всех этих науках. Он может не знать  тонких деталей, но он должен заставлять людей говорить на одном языке.

Всеволод  Твердислов:

Т.е. фактически мы сейчас завершаем нашу беседу соображением о том, что очень важно нам  с вами научиться готовить людей, которые могут быть многодисциплинарно мыслящими учеными.

Павел Кашкаров:

Конечно. Включая не только естественно-научные, но и гуманитарные дисциплины. Нужно  формировать иное мировоззрение.

Всеволод  Твердислов:

Ну, что  ж, будем.

Павел Кашкаров:

Будем работать.

Всеволод  Твердислов:

Спасибо большое, Павел Константинович.

Павел Кашкаров:

Спасибо вам за интересные вопросы и приятную беседу.