В этом году в Эстонии празднуется 100-летний юбилей страны, и Вы были выбраны ученым года. Какие требования предъявлялись в рамках этого конкурса?
Безусловно, среди требований было количество статей, хотя главным образом учитывалось сотрудничество с индустрией, количество средств, которые были привлечены в университет, а также количество успешно защитившихся аспирантов.
Когда я узнала о том, что меня выбрали ученым года, безусловно, было приятно. Но если посмотреть технические требования, которые предъявлялись к кандидату, можно было предположить, что я могу получить это звание. Кроме того, прошлый год для меня был очень успешным: я прошла длительную стажировку в Америке, и это дало мне возможность завершить многие проекты. Например, благодаря тому, что у меня там не было административной нагрузки, я смогла закончить написание нескольких статей.
Вы получали образование в Петербурге. Когда только поступали в университет, могли предположить, что будете заниматься именно наукой?
Абсолютно нет. Более того, изначально я собиралась поступать в медицинский институт. Но, побывав там на экскурсии, поняла, что никогда не смогу заниматься этой работой. Теоретически медицина, генная инженерия были очень интересны, но мне стало ясно, что я не смогу находиться там, где есть кровь, живое тело.
И поэтому я пошла, можно сказать, наугад. Или даже наперекор себе, потому что по складу мышления и характера я скорее гуманитарий. Но я решила лично для себя, что иностранные языки и литературу должен знать каждый и в этом нет ничего такого, чему стоит учиться пять лет. А физика и математика — это нечто, что дано не каждому и этому стоит поучиться, чтобы без проблем идти куда-то дальше. В итоге я бросила себе вызов. Конечно, я знала, что физика — это интересно. Но какое именно направление выбрать, тогда, в 17 лет, я еще не понимала.
Что помогло сделать выбор? Почему вы решили заниматься именно оптоэлектроникой?
Не могу сказать, что я выбирала что-то свое. Я именно тот счастливый человек, которого судьба вела сама. Начинала я с электроники, с полупроводниковых приборов, но когда распался СССР и электроника в Эстонии фактически перестала быть профильным предметом, я перешла на механику. Это совершенно другая область. Причем, когда я пришла поступать в аспирантуру, мне предложили тему, в названии которой я понимала лишь междометия. Но я подумала, что это очередной вызов и я не могу его не принять.
Обучение в аспирантуре начиналось буквально с чистого листа, но в итоге все получилось достаточно хорошо. А потом, уже в течение написания докторской работы я поняла, что мне интересны материалы, которые хорошо зарекомендовали себя в механике. И я стала изучать, как их можно «приготовить» так, чтобы они проявляли свои лучшие свойства. Мне так понравилась эта работа, что я перешла на другую кафедру и опять полностью сменила направление. В итоге я стала заниматься наукой о материалах, химией.
Сейчас же мы занимаемся материалами в широком смысле: начиная с биосенсоров, где очень многое зависит от знания биологии и химии, и заканчивая аддитивными технологиями, требующими глубоких знаний в материаловедении и физике: например, необходимо знать, как лазер взаимодействует с материалом. Поэтому тот факт, что я обладаю некоторыми знаниями из разных областей, мне очень помогает в жизни. Просто быть механиком — да, это в целом хорошо, но сегодня, если ты при этом еще физик и химик, ты можешь видеть любую проблему с нескольких точек зрения. А когда есть несколько точек зрения, появляется синергия, которую можно с успехом использовать.
Вы говорили о том, что считаете себя гуманитарием. Это тоже помогает вам в работе?
Думаю, что да, помогает. Я довольно легко пишу статьи. Если есть время и результаты исследований, у меня не возникает проблем написать текст. Я в принципе могу сделать это за пару дней. Весь вопрос только во времени.
В 90-е годы мне довелось даже поработать журналистом. Некоторое время я была редактором женского журнала в Эстонии. Необходимо было зарабатывать деньги, я пришла в русскую газету, принесла свою статью, и она понравилась. Полгода я работала свободным журналистом, а потом в редакции решили создать журнал.
Как вы вернулись в науку?
Русская журналистика довольно быстро прекратила свое существование, и выбора опять-таки не было. И в этом смысле я счастливый человек, потому что, когда есть выбор, всегда трудно, ведь сложно бросать то, что ты уже начала. Но в моем случае судьба сказала: «Нет». К тому же, времена стали получше.
Прошлый год для вас выдался очень насыщенным: над какими ключевыми проектами вы работали в последнее время?
Одним из самых успешных был проект по изготовлению скаффолдов, или подложек для восстановительной медицины. Нам удалось создать совершенно уникальный скаффолд, который позволяет выращивать нейроны. При этом нейроны в принципе не растут на любом другом скаффолде. Различные клетки можно выращивать на аэрогелях, проблем с этим нет. Но нейроны, которые требуют электростимуляции, так не могут. Они могут расти только на абсолютно анизотропной, жестко ориентированной подложке. При этом эти скаффолды должны быть еще и токопроводящими.
Нам удалось получить керамическую подложку, на которую мы нанесли графен — проводящий слой — и высадили стволовые клетки человека, которые без всяких дополнительных стимулов дифференцировались в нейроны. И это очень важно. У нас появилась возможность создать дешевый скаффолд; если у нас есть болванка, реактор, в котором можно наносить углеродное покрытие определенной модификации, его приготовление занимает фактически десять минут, больше нам ничего не надо.
Кроме того, этот скаффолд можно использовать много раз. И самое главное — клетки в него не врастают, они просто растягиваются. Более того, они растут даже без тока. Но если нужно восстановить оборванную связь между нейронами, то можно просто легкими электрическими импульсами заставить эти нейроны расти навстречу друг другу, пока они не соприкоснутся и не пойдет электрический сигнал. Но, даже если это невозможно и они никогда не будут соприкасаться, электрический сигнал все равно будет идти по этой нити.
Какие конкретно перспективы это дает для развития современной медицины?
Есть такое понятие, как lab-on-a-chip, или «лаборатория на чипе». Это миниатюрный прибор, позволяющий осуществлять один или несколько многостадийных (био) химических процессов на одном чипе площадью от нескольких квадратных миллиметров до нескольких квадратных сантиметров. «Лаборатория на чипе» обеспечивает возможность определять наличие ряда заболеваний еще до проявления симптомов этих заболеваний. С помощью этого прибора можно проанализировать практически все органы человека. Но всегда не хватало клеток мозга: мы не могли высадить нейроны, а теперь у нас есть возможность это сделать.
Что нам это дает? Если мы знаем, что у нас есть какая-то болезнь и что-то можно исправить, мы можем посмотреть, как будет реагировать весь организм. Это история не о том, что мы лечим, например, одну печень и при этом калечим все остальное. С помощью этой системы мы можем посмотреть всю цепочку и проверить, как будет реагировать на лечение весь организм, в том числе сердце и мозг. Да, до клинических испытаний ещё очень далеко. Но это уже первый шаг, дающий возможность получить нейроны в искусственных условиях.
Как еще могут применяться разработанные вами скаффолды?
Мы также смогли модифицировать этот скаффолд, сделав его немного другим. И опять-таки что важно: все получилось очень дешево, здесь не нужно какое-то сложное оборудование. В итоге мы выяснили, что этот скаффолд может работать как резервуар клеток рака.
Зачем это нужно? Если мы посмотрим, как рак растет, то увидим, что каждая клетка выбрасывает своего рода иглы. И так как сама раковая клетка имеет очень низкий коэффициент трения, эти иглы спокойно проходят между другими клетками и создают метастазы. Поэтому главная задача — увеличить коэффициент трения для раковой клетки, чтобы она, как обыкновенная клетка, не могла двигаться и выпускать свои отростки в другие ткани. Это архитрудно, хотя это исключительно механическая задача. И над этим мало кто работает. Но, на мой взгляд, именно за такими исследованиями будущее.
И второе: мы научились фиксировать клетку. Это дает нам возможность испытывать на ней все что угодно. Например, мы непосредственно можем создавать опухоль и смотреть, что будет после того, как мы введем туда какое-либо лекарство. Мы получаем возможность увидеть, как она может расти и развиваться и как лекарство может повлиять на эту конкретную опухоль, допустим, взятую у пациента. Это открывает большие перспективы для развития индивидуальной медицины, которая сегодня в тренде.
Кроме того, если говорить о медицине, недавно мы сделали очень чувствительный биосенсор, который позволяет детектировать всего несколько молекул какого-то определенного вещества. Пока мы работаем с допамином, аскорбиновой кислотой, различными гормональными препаратами, пока протестировали не очень много веществ. Но то, что мы уже протестировали, дает действительно очень хороший результат. При этом, в отличие от существующих высокочувствительных биосенсоров, разработанный нами биосенсор является многоразовым: мы можем его помыть и снова использовать без потери чувствительности. Кроме того, он гораздо дешевле.
Почему вам интересно заниматься именно биомедицинскими применениями?
Медицина и биология интересовали меня всегда. Всегда хотелось узнать, почему все происходит именно так. Поэтому, когда этот проект только зарождался и мы много о нем думали, я решила, что это судьба. Она меня все-таки привела в медицину, но таким долгим и необычным путем. Я никого не оперирую, но при этом я знаю, как создать материал, который пригодится в этой области.
Но вы работаете и над другими исследованиями.
Да, у нас есть также проекты по аддитивным технологиям. В чем их уникальность? Сегодня достаточно много приборов со сложной геометрией, но при этом практически невозможно сделать керамические детали. И это большая проблема, потому что любую керамическую деталь нужно довести до того состояния, когда она будет частью прибора.
Мы придумали, что можно делать порошки, представляющие собой «ядро в оболочке» — это значит, что в центре находится керамическая частица, а окружает ее оболочка из металла. В итоге мы получаем такой композит, в котором керамики уже очень много. Но также мы разработали методику, как этот металл переводить в керамику в ходе постобработки в потоке определенных газов. Таким образом, мы получаем очень сложные структуры, создание которых тоже является сегодня одним из перспективных направлений. Мы уже отправили статью по этой теме, и ее сразу же приняли в журнал.
Такие материалы используются везде, где нужны высокие температуры или присутствует трение. Безусловно, это военная промышленность, космос и другие высокотехнологичные сферы.
В прошлом году состоялся объединенный научный семинар кафедр световых технологий и оптоэлектроники, современных функциональных материалов, а также международного научного центра функциональных материалов и устройств оптоэлектроники и электроники, где вы как раз представляли доклад на тему: «Электропроводящие керамические композиты на основе оксидов металлов». А когда вы впервые узнали об Университете ИТМО и как началось сотрудничество?
А это уже другая история. Дело в том, что Анна Львовна Колесникова была моим научным руководителем в университете, когда я писала свой диплом. Уже после того, как я окончила вуз, мы потеряли связь. Но однажды один сотрудник Таллинского технического университета приехал с конференции и поинтересовался у меня, знаю ли я Анну Колесникову. Оказывается, она рассказала ему, что одна из ее студенток работает в Таллине. Он передал мне ее визитку, и, конечно, я позвонила, мы встретились. А потом оказалось, что в Университете ИТМО ведется очень много интересных исследований и у нас есть много точек соприкосновения.
Над чем ведется совместная работа и какие дальнейшие перспективы сотрудничества вы видите?
Прежде всего наш общий интерес — это графен и материалы на основе графена. Например, мы уже совместно разрабатывали так называемые керамические проволоки. Что здесь важно? Проволока часто используется для того, чтобы пропускать ток. Но керамика ток не пропускает. И мы, опять же, разработали систему, когда внутри находится высоко проводящая ток керамика, которую мы разработали, а снаружи — керамика, но уже не проводящая ток, потому как в нее не добавлены графеновые стержни, которые мы разработали. Таким образом получается: с одной стороны у нас изолятор, а с другой —замечательный проводник, который не хуже металлического.
В этой системе нет металла, а это значит, что такие материалы могут использоваться при любых температурах. Этот материал не окислится, не разрушится, не прокорродирует. Это важно для многих сфер — будь то медицина или космическая промышленность.
Что касается дальнейшего сотрудничества, я уверена, что мы будем подавать совместные проекты. Почему нам интересно работать вместе? Самое главное — у нас сейчас много практических наработок, но у нас нет людей, которые занимались бы моделированием и расчетами. А именно этим занимаются здесь, в Университете ИТМО, и делают это на очень высоком уровне. Если совместить два этих компонента — эксперимент и моделирование — получится действительно исследование top of the top, будет настоящая мощная работа, где теория вместе с практикой дают результат.
А какие собственные планы вы хотите реализовать в будущем?
У меня так много планов, что иногда даже трудно свести всех аспирантов: они иногда не понимают друг друга, потому что занимаются самыми разными проблемами.
Но моя мечта — сделать свою лабораторию, которая настроена именно на исследования для индустрии. Как это должно работать? Минимум бюрократии, пришла фирма и сказала: «Нам конкретно нужно то-то и то-то», мы берем это и делаем при условии, конечно, что у нас есть для этого вся материально-техническая база. И особо хочу отметить — поменьше бумаг, потому что заполнение бесконечных стопок документов убивает любое желание что-то создавать.
Тем не менее, что, несмотря на ряд рутинных моментов, вас ежедневно мотивирует в работе?
Прежде всего, мне интересно, что из всего этого получится. И даже когда мои студенты приходят ко мне и говорят: «Все плохо, ничего не получается», — я всегда говорю им: «Да вы что, отрицательный результат даже более интересен, чем положительный». Ведь в этом случае мы уже знаем, что туда ходить не надо, и понимаем, почему это делать не стоит. Именно поэтому мы стараемся общаться каждый день, делиться идеями.
Взаимодействие с аспирантами — это в целом очень важно. Мы собираемся каждую неделю как минимум на час, а раз в месяц у нас проходит одно общее, центральное собрание, где каждый представляет свой доклад и рассказывает о результатах. Мы решаем разные проблемы и вопросы: что получилось, а что нет, кто на какую конференцию едет, у кого сломался монитор и к кому теперь ему необходимо обратиться. Такая коммуникация очень важна. Я думаю, что именно это в том числе помогает каждому из нас с радостью идти в лабораторию.
