Версия для печати
Вернуться к списку

МОЛЕКУЛА ПОМНИТ!

Среди наноразмерных объектов, представляющих интерес для ученых, особое место занимают "рукотворные" молекулы

С их помощью можно создавать материалы и устройства, которые пока представляются фантастическими, убежден заведующий лабораторией Института общей и неорганической химии РАН (ИОНХ) академик Игорь ЕРЕМЕНКО.

- Игорь Леонидович, для большинства людей нанообъекты - это прежде всего порошки, состоящие из очень мелких "крупиц". А наномолекулы еще меньше?

- Это принципиально другие объекты. Нанопорошок представляет собой множество частиц какого-то вещества, полученных тем или иным физическим способом. Наноразмерная молекула - не частица, а сложнейшая природная система. Ее свойства определяются множеством внутренних химических связей.

Наномолекулы нельзя получить традиционными способами ультраминиатюризации "сверху вниз", когда мелкие объекты создаются из более крупных путем физического дробления. Наиболее эффективный способ получения наномолекул - управляемая самоорганизация, или самосборка. Он предполагает формирование структуры "снизу вверх", то есть химическую сборку из малых блоков в более крупные. В самой схеме заложено фактически безграничное разнообразие тонко управляемого молекулярного дизайна.

Современные химические технологии позволяют "собирать" объекты из молекул разного сорта и размера с определенными физическими характеристиками. Более того, у нас появилась возможность управлять не только молекулярным, но и кристаллическим строением веществ. Физические свойства подобного рода систем могут резко отличаться, несмотря на внешнее сходство блоков-молекул, входящих в их состав. Кроме того, многие типы наномолекул хорошо растворимы, что важно при разработке технологий их использования, например нанесения на различные подложки. При этом методика исследований физических параметров и свойств такого рода молекулярных систем достаточно хорошо разработана.

- Каким может быть практическое применение результатов этих исследований?

- Мы выделяем три направления, на которых ожидаются существенные прорывы в использовании наноразмерных молекул. Прежде всего медицина. При некоторых заболеваниях приходится восполнять в организме пациента недостаток определенных элементов, например железа. Можно просто ввести какое-то количество суперактивных наноразмерных частиц металлического железа. Но гораздо лучше - молекулу, у которой атомы железа зачастую не менее активны, специально покрыты органической "шубой", обеспечивающей избирательный доступ только к определенным центрам. А если молекула имеет еще и неспаренные электроны, то есть обладает известными магнитными свойствами, то это будет прекрасная метка. С помощью приборов можно отслеживать ее маршрут в организме. Это поможет доставить лекарство точно к больному органу. На пути будет масса препятствий, поскольку в каждом организме есть своя "таможня, поэтому надо придать молекуле определенные свойства, которые позволят именно ей, а не другим молекулам, преодолеть все барьеры.

Понятно, что такие молекулы надо научиться собирать, хранить, производить в больших объемах. Но их можно даже генерировать в самом организме. Сборкой подобных наноразмерных структур из отдельных блоков можно управлять химическими методами. Конечно, это задача будущего, но к ее решению наука приступила уже сейчас.

Другое направление практического применения наномолекул - создание молекулярных компьютеров. Каждый электрон обладает собственным магнитным моментом - спином, он может быть направлен либо в одну, либо в другую сторону, то есть, если перевести на язык математики, у нас есть две величины - "О" и "1". Это же надо использовать! Чем больше нулей и единиц, тем больше элементов памяти. Значит, наша молекула должна содержать как можно больше магнитных центров. А магнитными центрами являются, как правило, атомы переходных металлов, таких как кобальт, железо, и других, у которых много неспаренных электронов. Мы должны их поместить внутрь молекулы и надежно закрыть органической "шубой", чтобы они находились в покое. Появятся новые магнитные накопители информации, которые вообще не потребуют энергетических затрат, при этом их память будет практически безграничной. Над созданием таких устройств будущего уже сейчас работают во всем мире - в США, Англии, Японии...

- А мы отстаем?

- Ни в коем случае! С точки зрения идеологии даже опережаем - у нас очень серьезный фундаментальный задел. Но для поддержания высокого класса исследований необходимы соответствующие условия, самые современные приборы. К сожалению, в лабораториях ИОНХ до сих пор много устаревшего оборудования, и это уже сказывается на уровне работ. Правда, в последнее время ситуация стала меняться - и с финансированием, и с приборной оснащенностью.

- Вернемся к использованию наноразмерных молекул.

- Некоторые из них обладают уникальными каталитическими свойствами. Прежде всего это касается оксидных кластеров с органическими лигандами - соединений, у которых центральное ядро состоит из металлов, связанных с кислородом. Они проявляют просто бешеную активность. Недавно сотрудники моей лаборатории доктор химических наук Алексей Сидоров и кандидат химических наук Михаил Кискин получили кластер, состоящий из 34 атомов железа (см. рисунок). Это реальная молекула, полученная в лабораторных условиях. Наши специалисты вырастили монокристалл, провели рентгеновский эксперимент и расшифровали структуру этого соединения. Теперь можно увидеть то, что "сидит" внутри кристалла, рассмотреть, как упакованы молекулы. А вот определить ее магнитные свойства нам помогут коллеги из Международного томографического центра СО РАН, возглавляемого академиком Ренадом Сагдеевым, - там есть необходимое для этого оборудование.

Вообще, оксиды чрезвычайно перспективны. Они найдут применение в лазерной технике, компьютерах, во многих других технических устройствах. С их помощью можно получать, с точностью до молекулы, сверхчистые материалы, создавать молекулярные сенсоры - уникальные устройства для контроля чистоты воздуха, воды, топлива.

Мы уже научились все это делать в лабораторных условиях, теперь надо разработать промышленную технологию.

- За чем же дело стало?

- Чтобы организовать такое производство, нужны большие деньги и заинтересованные в результате люд и. Раньше мы бы свою разработку передали в отраслевой институт, а он уж довел бы установку до кондиции.

Сегодня цепочка разорвана. Мы не можем открыть производство, поскольку у нас нет даже мастерских. Да и не наше это дело. Промышленники же не хотят рисковать.

Но есть и обнадеживающие примеры. Удачно складывается наше сотрудничество с фирмой "МЕТТЕМ-технологии", которая производит фильтры "Барьер" для очистки воды. Здесь используются уникальные активированные угли с порами размером 100-300 нанометров и еще некоторые "секретные" добавки. Такие фильтры прекрасно работают, убирают из воды все тяжелые металлы, хлор и другие вредные примеси. Завод в подмосковной Балашихе производит 10-12 миллионов фильтров в год, часть из них идет на экспорт даже в США и Францию.

Что касается оксидных нанопленок, то это направление остается пока на уровне небольших исследовательских проектов. Поддержку получаем от Российского фонда фундаментальных исследований и Президиума РАН.

- А если организовать небольшое предприятие при институте?

- Хорошо бы, но мы на это не имеем права.

- А корпорация "Роснанотех"? Она же ищет по всей стране проекты для коммерциализации научных результатов! Может, стоило бы разработать совместную программу...

- В академии программа уже есть, я сам принимал участие в ее подготовке. Огромную работу проделали, а теперь она лежит без копейки средств! "Роснанотех" может просто взять эту программу и по ней работать, разумеется, откорректировав какие-то позиции с точки зрения коммерческих перспектив. Вообще, академическую программу следовало бы сделать общегосударственной. И нормально ее финансировать - из средств того же "Роснанотеха". Вот это было бы правильно.