На молекулярном уровне
Материалы выпуска
Границы роста Рынок «Oкно возможностей» 
российского химпрома Рынок «Нам важно, чтобы все узнали о Covestro и ассоциация с Bayer ушла в прошлое» Инновации Медленные финансы Компетенция Химизация маркетинга Инструменты Газомоторное топливо как средство от кризиса Решения Реакция замещения Решения Без химии нет альтернативы Решения Ставка на экспертизу Компетенция «Тольяттиазот» в чистой зоне Решения Защита для репутации Решения Последний слой Инновации «В России холодный пластик свою репутацию самого долговечного материала подтвердил» Инновации «В России финишная обработка металлоизделий не была частью производственной культуры» Инновации Союз химиков и физиков Решения Глина как средство быстрого роста Инновации На молекулярном уровне Инновации Микробиология на конвейере Инновации
Инновации
0
Материалы подготовлены редакцией партнерских проектов РБК+.
Материалы выпуска

На молекулярном уровне

Пять проектов на стыке химии с другими науками, которые могут изменить мир.
Фото: Science Photo Library/East News

Нанотехнологии в борьбе против рака

В июле этого года российская фармацевтическая компания ООО «Технология лекарств» приступила к клиническим испытаниям уникального препарата

для лечения опухолей мозга — наносомальной формы противоопухолевого антибиотика доксорубицина. Исследование проходит в рамках федеральной программы «Фарма-2020».

Головной мозг отделен от общего кровотока гематоэнцефалическим барьером, который препятствует попаданию в него многих активных лекарственных компонентов. Преодолеть его — трудная задача. Более пятнадцати лет группа доктора химических наук Светланы Гельпериной разрабатывала стратегию доставки лекарств в мозг в сотрудничестве с Университетом имени Гете (Германия) и НИИ морфологии человека РАМН (Москва). В новом препарате наночастицы доставляют доксорубицин в опухоль мозга, приводя к торможению ее роста. Они же затрудняют попадание антибиотика в сердце, снижая кардиотоксичность препарата. Впрочем, это не единственная разработка ученых. В ООО «НПК «Наносистема» они разработали внутривенную форму противотуберкулезного антибиотика рифабутин, более эффективную и менее токсичную, чем традиционно используемые капсулы.

В последнее время создание лекарственных препаратов на основе наночастиц в России вызывает интерес промышленности и поддерживается государством. Причина, по мнению Светланы Гельпериной, в том, что фармацевтическая нанотехнология позволяет оптимизировать действие известных препаратов и открывает возможности для использования многих потенциально эффективных молекул, которые не находят путь в клинику из-за низкой растворимости или недостаточной стабильности.

«Этот смелый инновационный проект — одна из считаных разработок в области фармацевтической нанотехнологии в мире, вышедшая на этап клинических исследований»,— говорит автор проекта Светлана Гельперина.

Без водобоязни

Сотрудничество британских и китайских ученых под руководством профессора University College London Ивана Паркина привело к разработке водоотталкивающего самоочищающегося покрытия, превосходящего все ныне существующие. Его нельзя соскрести, и оно устойчиво к воздействию масла.

Разработка представляет собой этаноловую суспензию наночастиц диоксида титана. Сделать покрытие устойчивым ученым помогло добавление в состав адгезивов. Супергидрофобных нанопокрытий разработано уже достаточно много, но они неустойчивы к механическому воздействию и теряют свои свойства, если на обработанную ими поверхность попадают масло или жир.

Англо-китайский состав лишен этих недостатков. Он подходит для твердых и мягких поверхностей — стекла, стали, бумаги, ткани. Наносить покрытие можно разными способами, например окунать в «краску» или распылять ее на материал. По результатам эксперимента различные поверхности с нанесенной суспензией наночастиц сохранили водоотталкивающие свойства после протирания пальцем, нанесения порезов ножом и даже после
40 обработок наждачной бумагой. Во всех случаях материалы оставались водонепроницаемыми и чистыми, поскольку вода захватывала грязь и отскакивала с ней от поверхности.

«Водонепроницаемость позволяет материалам самоочищаться, поскольку вода образует шарообразные капли, которые катятся по поверхности, играя роль миниатюрных пылесосов, собирающих по дороге грязь, вирусы и бактерии», — прокомментировал Яо Лу из University College London, один из соавторов исследования.

Повторяя за природой

Ученых всегда восхищала способность ДНК хранить огромное количество информации в крошечном объеме.

В нынешнем году Радж Кумар Рой и его коллеги из страсбургского Institut Charles Sadron и Institut de Chimie Radicalaire в Марселе создали первый в мире искусственный полимер с записанным на него при синтезе двоичным кодом.

Вместо четырех азотистых оснований, на которых построена ДНК, исследователи использовали три мономера: два соответствуют нулю и единице в двоичном исчислении, а третий применяется для облегчения записи и считывания. Сообщение, как и ДНК, расшифровывается секвенированием, а при использовании масс-спектрометра это занимает менее пяти минут. Авторы считают, что с развитием технологии это время серьезно сократится.

Помимо декодирования это сообщение можно разрушить — лазером или нагревом выше 60°С. При этом полимер стабилен и сохраняется при комнатной температуре несколько месяцев и, возможно, даже лет. Эта технология может быть использована, например, для создания молекулярных штрих-кодов, которые будет трудно подделать. Они могли бы стать идеальным способом маркировки предметов роскоши и лекарств.

Углеродные нановолокна из воздуха

Химики из George Washington University придумали способ получать углеродное нановолокно (УНВ) и снижать уровень углекислого газа в атмосфере в ходе единого технологического процесса.

Электрохимический процесс, названный STEP (Solar Thermal Electrochemical Process), как следует из названия, поддерживается за счет солнечной энергии, тепла и небольших разрядов тока. Между двумя электродами в емкости, заполненной расплавленными карбонатом лития и несколькими металлами, пропускают ток. Карбонат лития, плавящийся при 723°C, абсорбирует углекислый газ из воздуха. В процессе электролиза атомы углерода собираются на катоде. Цинк инициирует процесс формирования УНВ, а один из четырех других металлов (никель, кобальт, медь или железо) выполняет роль каркаса для роста волокна.

Пока на экспериментальных установках STEP не удалось получить УНВ нужного качества и приемлемой стоимости. «Мы пока научились стричь шерсть с овцы, но соткать одеяло пока не можем», — образно поясняет один из исследователей. Однако ученые надеются, что усовершенствование технологии позволит использовать ее в коммерческих целях.

Настоящий робот высоты не боится

Ученым из Harvard University и University of California удалось напечатать на 3D-принтере робота, конструкция которого объединяет твердые и мягкие материалы. Такой робот способен выдержать многочисленные прыжки и падения.

Перемежая жесткие и мягкие элементы в едином корпусе, ученые достигли нескольких целей. Жесткие элементы защищают и обеспечивают работу электроники и источников питания, а мягкие делают конструкцию менее уязвимой к повреждениям при приземлении. Аппарат состоит из гибкой нижней части, жесткой крышки и промежуточных эластичных компонентов. Внутрь помещены пользовательская плата, источник питания высокого напряжения, аккумулятор, миниатюрный воздушный компрессор, топливная батарея со смесью бутана и кислорода и другие компоненты. В ходе опыта роботы подпрыгивали и поднимались на высоту до 0,76 м и выдерживали более ста прыжков.

Эксперты считают, что интеграция жестких компонентов в мягких роботов приближает исследователей к созданию настоящих биомиметических машин, то есть использующих те же технологии, что и в живой природе. В ближайшем будущем дороговизна 3D-печати будет преодолена и такое производство станет менее затратным. Мягкие роботы смогут работать рядом с человеком без угрозы его здоровью и отправляться в малодоступные или опасные для людей зоны, например в места стихийных бедствий.