В 2019 году Международный научный центр SCAMT получил мегагрант на работы по созданию функциональных материалов самых разных применений. Зарубежным партнером выступила исследовательница с мировым именем Евгения Кумачёва, работающая сейчас в Университете Торонто. Как рассчитывают в SCAMT, объединение усилий российских ученых, компетенций Кумачёвой и инженерной базы Университета ИТМО должно дать прорывной эффект.
Одним из первых шагов в реализации мегагранта стала организация лаборатории для выполнения всех предусмотренных исследований. Также была запланирована поездка двух ученых из Университета ИТМО в Канаду, где они должны были познакомиться с тем, как ведется работа в лаборатории Евгении Кумачёвой, какие исследовательские практики необходимо перенять у коллег из Канады.
Для этой цели были выбраны Елена Кривошапкина и Софья Морозова. Поездка планировалась в качестве научной стажировки для вовлечения в научные проекты и знакомства с коллегами, однако пандемия коронавируса внесла свои коррективы в планы ученых. Сегодня с коллегами и журналистами ученым приходится говорить чаще с помощью Skype и телефона.
Путь в Канаду
Елена Кривошапкина: После получения мегагранта, мы спланировали, в каких направлениях будем проводить работы. Было выделено три направления, мы с Софьей были назначены ответственными за два из них. Чтобы перенять опыт команды Евгении Кумачёвой и способствовать тем самым более быстрому проведению работ в России, для нас была организована стажировка в Университете Торонто. Как только закончился процесс получения визы, мы отправились в путь.
Софья Морозова: Во время поездки мы хотели понять, как устроена работа у Евгении Кумачёвой, какие основные принципы организации у нее в лаборатории. Ведь это именитый ученый, у нее Индекс Хирша ― 84. Она получила свое образование в России, работала в Израиле, а сейчас является профессором в U of T, публикуется в высокоимпактных журналах с работами потрясающего качества.
Мне почему-то дольше, чем Елене, делали визу ― возможно, это связано с тем, что Лена уже бывала в Канаде, а для меня это был первый раз. Из-за этой задержки в Канаде удалось пробыть меньше, чем планировалось. Как только я получила документы, я вылетела из Москвы и полетела через Лиссабон.
Что больше всего впечатлило в Университете Торонто
Елена Кривошапкина: Мне очень понравилось, как все организовано в группе Евгении Кумачёвой, начиная от направлений научных исследований до технической стороны проведения работ. У каждого есть свои обязанности: кто-то отвечает за технику безопасности, кто-то за ведение семинаров внутри группы и так далее. Каждый человек понимает свою ответственность, и все работает как часы.
Каждый понедельник у них проходят семинары, где составляются планы на предстоящую неделю, расписание индивидуальных семинаров с Евгенией (в течение которых вы можете обсудить полученные результаты и получить важные рекомендации по ведению своего проекта), а также проходят доклады сотрудников. Первая часть ― это отчет о проведенных исследованиях и полученных результатах. Вторая часть ― обзор литературы, когда сотрудник группы находит интересные статьи по своей тематике и рассказывает своим коллегам. Это позволяет быть постоянно в курсе событий, генерировать новые идеи.
Каждую пятницу на кафедре проходят лекции от приглашенных профессоров. Мне довелось побывать на нескольких очень интересных лекциях ученых с мировым именем. Причем после обсуждения научных планов с руководителями направлений, экскурсии по факультету они могут прийти и пообщаться с аспирантами, студентами и постдоками в группе. Им можно задать те вопросы, которые не успел задать после доклада. Происходит такое тесное общение, можно получить ценные рекомендации по своему направлению.
Софья Морозова: Меня очень впечатлил приборный парк Университета Торонто. Там есть четыре установки сканирующей электронной микроскопии, установка трансмиссионной электронной микроскопии ― есть доступ ко всем возможным методам исследования. Был забавный момент: я приехала как раз сразу после того, как они наводили порядок в лаборатории (в связи с введением усовершенствованных правил техники безопасности). У них был просто идеальный порядок ― все реактивы стояли по алфавиту, все списки совпадают, все очень аккуратно. Для химической лаборатории это немного необычно, как правило, сразу после уборки все быстро возвращается в слегка растрепанное состояние.
Немного необычно, что все комнаты запираются на ключ, если у тебя нет ключа, то ты никуда не можешь попасть. Это нужно, чтобы оборудование было в сохранности, при этом днем сам вход в университет свободен абсолютно для всех.
Но, разумеется, больше всего меня впечатлило общение с самой Евгенией Кумачёвой ― она абсолютно демократична в работе, всегда поможет, подскажет направление, куда лучше вести работу.
О работе по проектам для мегагранта
Елена Кривошапкина: В работе научную повестку диктует Евгения Кумачёва, мы, естественно, тоже можем реализовывать свои идеи, предлагать, что нам со своей стороны было бы особенно интересно развивать. Во время стажировки мне удалось поработать над двумя проектами, один уже был начат ранее и теперь получил новый импульс в развитии, второй мы практически начинали с нуля.
Первый проект направлен на получение «умных» платформ на основе гидрогелей, которые могут применяться, например, в качестве ранозаживляющих повязок. В группе Евгении Кумачёвой ранее был разработан метод модификации кристаллической наноцеллюлозы углеродными наноточками. Этот материал может флуоресцировать. С использованием этой наноцеллюлозы мы разработали гель, который также можно печатать с помощью 3D-принтера. Этот гель может флуоресцировать, но в процессе эксплуатации происходит гашение свечения. Это связано с процессом сорбции ионов в модельных системах, которые по составу подобны раневой жидкости. В эти платформы легко загружаются лекарства, которые могут быть направлены на заживление раны и борьбу с инфекцией.
Второй проект связан с 3D-секьюрити принтингом. С использованием уникального оборудования, которое мы приобрели благодаря мегагранту, мы сможем развивать данное направление и в нашем университете.
Софья Морозова: У меня также было два проекта, первый был связан с получением методом 3D-печати актюаторов для искусственных мышц, используемых в «мягкой» робототехнике. Я вливалась в этот проект в Канаде, когда уже был проведен ряд экспериментов о механизме актуации. В нашем случае это градиент, который связан с упорядочением на микро- и наноуровне, что вызывает направленную актуацию.
Что это значит? У вас есть пленка или стержень, который при взаимодействии со внешним стимулом приходит в движение. Стимулом может быть электричество, изменение влажности, химическое воздействие. В нашем случае движение представляет собой скручивание, которое связано с изменением влажности. То есть в воде объект скручивается, а когда высыхает, снова раскручивается.
Второй проект был посвящен созданию материалов с градиентом как механических, так и оптических свойств. Эти пленки содержат полимерные наночастицы с флуоресцентным красителем, с их помощью путем высвечивания при определенной длине волны можно записывать и хранить информацию, при этом изображение будет скрыто и будет видно лишь при облучении определенной длиной волны.
Из экспериментальной работы мы успели провести эмульсионную полимеризацию двух типов частиц, содержащих флуоресцентные красители синего и зеленого цвета. Потом эти частицы были охарактеризованы для определения размера методами динамического светорассеяния, флуоресцентной и сканирующей электронной микроскопии, чтобы подтвердить наличие красителя. Были сформулированы на их основе чернила с нанокристаллической целлюлозой и охарактеризованы их реологические свойства. Были подобраны составы, которые позволяют достичь тиксотропных свойств (тиксотропия — способность субстанции уменьшать вязкость от механического воздействия и увеличивать вязкость в состоянии покоя ― прим.ред.), и когда мы достигли нужных параметров, была осуществлена печать первых образцов пленок. К сожалению, записывать информацию на них пока не успели, потому что начался карантин.
Как пришлось покидать Канаду
Елена Кривошапкина: Как известно, случилась история с пандемией, срочно пришлось собирать вещи и уезжать домой. Сначала была информация, что мы сможем продолжать исследования, так как выполнение научного проекта ― это работа в малых группах, которая не подразумевает большого скопления людей, но потом нам сказали, что к концу недели Университет Торонто будет полностью закрыт (вначале предполагалось, что максимум на две недели, но работы приостановлены и по сей день). Пришлось работать максимально плотно, и за неделю попытаться сделать то, что планировалось за месяц. Также нужно было провести работы по консервации лаборатории, тут меня вновь поразила организация работы в группе Евгении, насколько все четко выполняли свои обязанности. Затем мы как можно скорее взяли обратные билеты.
Мы, по сути, уже запрыгивали в последний вагон ― каждый день «закрывались» страны, ты мог проснуться и из утренних новостей узнать, что возможная страна для пересадки при полете в Россию закрыта (примечание, разница во времени составляла 7 часов). После возвращения домой я была две недели на карантине, но могла дистанционно руководить работой сотрудников лаборатории, пока не был объявлен режим самоизоляции и в нашей стране.
Софья Морозова: Когда я узнала, что университет полностью закроется 20 марта, я перешла на 24-часовой режим работы. Старалась хоть как-то продвинуть начатые проекты, получить задел на будущее. После этого мне нужно было несколько дней, чтобы восстановиться после такого тяжелого режима работы. Поэтому я улетела на два дня позже Елены.
Как продолжается работа после поездки
Елена Кривошапкина: Так как мы можем продолжать работу в России в небольших группах, то мы проводим ряд экспериментов и готовим статьи для публикации. В частности, мы обнаружили, что наш флуоресцентный гель имеет сам по себе небольшой антибактериальный эффект. Биологические тесты, необходимые, чтобы это подтвердить, как раз проводятся в Университете ИТМО сейчас.
Софья Морозова: К нам пришли реактивы, поэтому мы можем продолжать некоторые начатые работы. Хотя, конечно, это острый момент для нас, ведь мы еще не успели полностью воссоздать лабораторию по образу и подобию канадской. Карантин застал нас в самом начале. Я думаю, что поездки для обмена опытом будут продолжены, но пока сложно сказать, когда это произойдет.
