Трековые мембраны и новые функциональные материалы, способные избирательно удалять из воды опасные загрязнители или адресно доставлять лекарства – все это не фантастика, а ежедневные занятия аспиранта ГУД, сотрудника ЛЯР ОИЯИ Никиты Дрожжина. В этом интервью – настоящий «физико-химический» энтузиазм, научный путь аспиранта и борьба за пространство с собственноручно изготовленной мебелью.
– Те, кто озабочен качеством воды, наверняка слышали про трековые мембраны. Расскажите, что это и как работает.
– Это фильтры из тонких полимерных пленок, которые бомбардируются Тяжелыми ионами, обрабатываются в щелочи и становятся пористыми – размер пор при этом составляет от 0.03 до 7 микрон. В Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ, где я работаю, есть центр прикладной физики, который с 1970-х годов занимается выпуском таких мембран. А сейчас они применяются для сенсорных систем, очистки плазмы, в фармпроизводстве и других сферах.
– Чем вас заинтересовала эта тема?
– Моя основная задача – модифицирование трековых мембран (ТМ) новыми перспективными агентами с целью расширения сфер их применения. Мой профиль – металл-органические координационные полимеры (МОКП) – особые кристаллические вещества, будущее применение которых варьируется от альтернативной энергетики и гиперчувствительных сенсоров до уникальных сорбционных систем, разработки лекарств.
В нашем случае трековые мембраны и эти соединения неразрывно связаны в единый технологический процесс. Объединяя свойства ТМ и МОКП, мы создаем гибридные мембраны с новыми функциональными характеристиками, расширяющими горизонты применения трековых мембран. Это открыло бы совершенно новые горизонты их технологического применения. Отмечу, что сложность работы с металл-органическими координационными полимерами в том, что они представляют собой порошки, а работа с ним не очень удобна и влечет множество технологических сложностей.
– Я правильно понимаю, что мы уже можем эти технологии применять для фильтрации воды?
– Да, трековые мембраны можно использовать в быту, например, для фильтрации воды в походных условиях. Это коммерчески доступно сейчас: можно зайти на маркетплейс и купить продукт, в котором используется мембрана, произведенная у нас. Однако подобные устройства работают в диапазоне микрофильтрации. Обуславливается это тем, что в портативных системах недостижимы давления, необходимые для обеспечения более тонких процессов очистки, например, нанофильтрации или обратного осмоса. Это чревато тем, что, например, ионы тяжелых металлов или органические загрязнители, размеры которых много меньше размеров пор микрофильтров, пройдут через мембрану и окажутся в фильтрате. Для решения этой проблемы мы объединили несколько подходов: микрофильтрацию, которая обеспечивается, собственно, ТМ, и адсорбцию, реализующуюся благодаря МОКП. В результате мы получаем гибридные мембраны, способные не только отфильтровывать микрочастицы и бактерии, но также удалять ионы металлов или органические загрязнители. Более того, настраивая свойства МОКП, возможно получать материалы, способные избирательно удалять опасные загрязнители. То есть во время фильтрации будут удаляться опасные для человека ионы ртути или кадмия, но необходимые ионы калия или магния останутся. Также отмечу, что область применения таких мембран не ограничивается только очисткой воды. Можно также создавать гибридные мембраны для обнаружения различных загрязнителей в воде или для регенеративной медицины. В последнем случае ТМ выполняет функцию барьерного покрытия, предотвращая попадание бактерий. Специальный нановолоконный слой из биополимеров способствует заживлению раны. В МОКП же могут быть загружены лекарственные препараты, которые будут постепенно высвобождаться в процессе заживления раны.
– Расскажите, как вы создаете, синтезируете те самые уникальные полимеры.
– Синтезов множество, но самый простой случай можно описать так. У нас есть раствор А, раствор Б, мы их смешиваем, даем условия – температура, давление, еще что-то, – ждем энное количество времени, получаем продукт. Здесь нет ничего суперсложного, хотя и сложные синтезы тоже нам доступны.
– Вы сказали, что это порошковые соединения. Потребитель их получает тоже в таком виде?
– Сейчас они широко не продаются, но те, которые коммерчески доступны, идут именно в виде порошка. Как я уже говорил, это создает определенные сложности. Но мы работает над решением проблемы, и в этом нам как раз помогают мембраны. Их мы добавляем при синтезе. Получается, что соединения формируются не в объеме, а на мембране. Саму мембрану мы также модифицируем несколькими подходами, чтобы улучшить ее функциональные характеристики. Например, это скорость потока через мембрану, ее проницаемость. Также можем изменить гидрофобно-гидрофильные свойства, это тоже может увеличить проницаемость.
– А как происходит процесс добавления порошка на мембрану?
– У нас есть мембрана, и мы можем выбить из нее кружок требуемого диаметра. Берем реакционный сосуд: пусть это будет пластиковый стакан, на дно которого кладется мембрана. Потом готовится раствор: соединения А плюс Б равно этот конечный раствор. Он сливается к этому сосудику с мембраной. Далее изменяем температуру и ждем. Происходит синтез на поверхности мембраны: продукт синтеза и есть металл-органический координационный полимер.
– А почему вас заинтересовала эта тема?
– На первом курсе магистратуры я пришел к моему нынешнему научному руководителю – Александру Николаевичу Нечаеву, и тема мне, можно сказать, сначала просто «досталась». Но по ходу изучения я очень ею вдохновился.
– Если вернуться во времени еще дальше, как вы попали на кафедру нанотехнологий?
– Я приехал из Тульской области, города Новомосковска. Тогда я выбирал между тремя университетами, и мне больше всего понравилась программа в Дубне. Я поступил на кафедру нанотехнологий и новых материалов, окончил направление «химия, физика и механика материалов», потом «физику функциональных материалов и наноматериалов» в магистратуре и, наконец, в аспирантуру поступил на физическую химию.
– Как видите свое дальнейшее трудоустройство?
– Продолжу работать в лаборатории. Пока мне нравится то, чем я занимаюсь. Проектов очень много.
– Чем-то увлекаетесь в свободное от работы время?
– Раньше было больше возможности – я занимался столяркой, делал предметы мебели.
– Почему оставили это занятие?
– Большая проблема с местом. Так как у меня нет автомобиля, то очень сложно организовывать доставку досок. Раньше я этим вообще на квартире занимался. Сейчас еще и времени меньше, но я надеюсь, что когда-нибудь возобновлю столярные работы. А еще я периодически занимаюсь велоспортом – не бросал это занятие.
– Как вам кажется, вы успешны в научной деятельности? Все запланированное получается?
– Мне кажется, я еще не до конца сформировался как специалист, поэтому на некоторые вещи у меня уходит больше времени, что-то приходится переделывать, эксперимент может пойти не так. Но такое бывает, просто на корректировки уходит много времени. Вот за это я себя периодически корю. Но я вроде извлекаю из каждого такого момента урок, и все потихоньку улучшается.
Текст: Юлия Цепилова
Фото: из архива Никиты Дрожжина
