Дмитрий Иванов оставил пост директора в одном из ведущих европейских научных центров, чтобы спустя 25 лет вернуться в Россию, создать лабораторию по программе мегагрантов и при поддержке РНФ разработать материалы из полимеров, которые имитируют живые ткани и смогут лечь в основу персонализированной медицины.
Последние несколько лет исследователи всего мира стремятся уподобить
природе свои разработки. Ведь те механизмы и правила, с которыми «живут»
биологические молекулы, оттачивались эволюцией в течение миллионов лет.
Хотя мы до сих пор не можем заранее предсказать, основываясь на
последовательности аминокислот, какую 3D-структуру приобретет белок
после того, как свернется и начнет выполнять свою роль в нашем
организме, ученые уже создают молекулы, которые могут без их инструкций
собираться в нужные объекты. Дмитрий Иванов вернулся в Россию, чтобы
заниматься именно такими разработками.
Подобные самособирающиеся материалы могут послужить имплантатами для
мягких тканей организма человека: жировой, соединительной, мышечной.
Перед командой Дмитрий Иванова стояли две задачи: сделать искусственные
материалы такими же мягкими, как естественные, и придать им такое
уникальное свойство, как упрочнение при деформации.
Без этого свойства создаваемые Ивановым полимеры в составе имплантата просто травмировали бы окружающие ткани пациента. Именно такой уникальный материал – мягкий и деформирующийся – создал Дмитрий Иванов вместе со своими сотрудниками и партнерами из двух американских университетов. В прошлом году они рассказали о своем достижении в журнале Science.
Ученые сообщили, что не просто бездумно перебирали образцы материалов, подходящих конкретному пациенту. Они измеряли механические свойства биологических образцов и с помощью заранее созданных моделей определяли, какие структурные параметры нужны, чтобы синтезировать полимер, точно воспроизводящий механику этого образца. Тем самым, ученые не угадывают, а предсказывают, как создаваемыми ими системы будут вести себя, что раньше казалось просто невозможным. Такая универсальная платформа для создания материалов должна обеспечить, по словам ученых, все многообразие биологических тканей: от совсем мягких до более жестких, таких, как хрящи.
Особенно актуальны подобные разработки на фоне проблем, возникающих в
медицине, которая лишь в небольшой степени считается
персонализированной.
Но ученые не хотят останавливаться на разработке основы для имплантатов, они хотят создавать умные материалы. Поэтому в том же журнале они описали успешные эксперименты по приданию материалу оптических свойств, то есть заставили его приобретать ярко выраженную окраску. Действительно, для передачи сигналов природа активно использует цвет. Например, так делают хамелеоны. В зависимости от тонуса мышц хамелеона меняется расстояние между нанокристаллами гуанина в его коже, поэтому меняется цвет. Подражая этому механизму, ученые растягивали свой материал, что приводило к изменению расстояния между «светящимися» (дифрагирующими) центрами. Разрабатываемые полимеры могут помочь доставлять лекарства в организм человека. Например, можно будет делать материалы, которые реагируют на температуру пациента и изменяют свое фазовое состояние, высвобождая лекарственные вещества.
Понять, как во время исследования ведутся себя сложные объекты, в состав которых входят структуры размером до сотен нанометров, помогает синхротрон, накопительное кольцо которого имеет периметр 844 метра. Этот, наверное, самый заметный на поверхности Земли объект научной инфраструктуры, он находится во Франции, в Гренобле, на слиянии двух рек. Европейские ученые используют излучение, генерируемое при ускорении циркулирующих в накопительном кольце электронов с тем, чтобы изучить структуру объекты своего исследования.
Команда Иванова не ограничивается исследованиями на синхротронах.
Ученые создают свои, действительно уникальные способы изучения образцов
очень маленьких размеров, в том числе таких, которые нельзя изучать
медленно, иначе, сам эксперимент поменяет их структуру и,
соответственно, свойства. Поэтому команда Иванова создала сверхбыстрый
калориметр, который вместе с рентгеновской дифракцией за единицы
миллисекунд точно определяет, что происходит с образцом. Этот метод уже
пользуется популярностью за рубежом, в частности, на синхротроне в
Гренобле, и вызывает значительный интерес со стороны представителей
промышленности.
Дмитрий Иванов – кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией инженерного материаловедения МГУ имени М.В. Ломоносова, заведующий лабораторией функциональных органических и гибридных материалов МФТИ, победитель второго конкурса на получение мегагранта, лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники за 2013 год, кавалер французского ордена «Академические Пальмы». Грант РНФ: «Разработка функциональных органических цеолитов - самоорганизующихся материалов с заданными геометрией и иерархической организацией нанопор» (2016–2018 гг.). Источник: пресс-служба РНФ
Дмитрий Иванов никогда не думал, что уедет из России. Он отучился в
МФТИ, защитил диссертацию и собирался работать по специальности. Но в
связи с распадом Советского Союза наука перестала быть приоритетным
направлением, а в кармане ученого лежала стипендия, которую хватило бы
разве что на два килограмма бананов на рынке, стихийно раскинувшемся
напротив академического института, где работал молодой ученый. Именно
для продолжения работы по специальности Иванов отправляется сначала в
Бельгию, а потом во Францию.
В 2011 году для выполнения только что выигранного мегагранта ученый «отвоевал» у вузовских профессоров комнату под лабораторию в МГУ на факультете фундаментальной физико-химической инженерии, закупил оборудование, в том числе рентгеновский прибор, аналогов которому нет в России, а в мире – единицы. Этот прибор, дифрактометр, позволяет одновременно измерять структуру образца в широком диапазоне пространственных шкал, поэтому его можно назвать миниатюрным синхротроном.
Ученый ушел с поста директора Института материаловедения в городе
Мюлуз. Этот институт входит в систему французского Национального Центра
Научных Исследований (CNRS), аналога Российской Академии наук.
Ученый выполняет свою миссию и знакомит студентов и молодых ученых с
ведущими мировыми специалистами. Он не только включается в работу над
проектом НТИ по созданию новых топливных элементов, но и работает с
разными партнерами из Европы над разработкой солнечных батарей на основе
органических молекул, полимеров, превращающих соленую воду в пресную, а
также над другими перспективными направлениями.
Лаборатория Дмитрия Иванова – одна из той части лабораторий, которая после завершения мегагранта показала свою жизнеспособность и продолжила работать. Такие форматы поддержки, как программы РНФ, помогают сотрудникам продолжать свои исследования на родине.
Недалеко от дома, где живет ученый, в Воронцовском парке, стоит старинная усадьба. Ее восстановили практически с нуля. Дмитрий Иванов любит гулять здесь, ощущать свою причастность к исторической и современной России и радуется мысли о том, что, наконец, может работать на родине и приносить пользу своей стране.
История взята из книги РНФ «Я ученый!»: http://www.rscf.ru/ru/node/rnf-prezentoval-sbornik-istoriy-o-rossiyskikh-uchenykh
Из сборника РНФ "Я ученый!": Вернувшийся из Европы ученый "оживляет" полимеры, чтобы создавать безопасные имплантаты и умные средства доставки лекарств
Из сборника РНФ "Я ученый!": Вернувшийся из Европы ученый "оживляет" полимеры, чтобы создавать безопасные имплантаты и умные средства доставки лекарств