специальный проект
Свобода во всём
Как родился и вырос Центр умных материалов БФУ им. Канта
История научно-образовательного центра «Умные материалы и биомедицинские приложения» началась почти 8 лет назад. Тогда его команда состояла всего из одного человека — молодого физика, кандидата наук, выпускницы МГУ имени М. В. Ломоносова Валерии Родионовой. Сейчас она возглавляет команду из 25 увлеченных исследователей, работающих на стыке физики, химии и биологии. Большинство из них вырастил центр Родионовой, и почти все они моложе 30.

А сам НОЦ за это время получил международное признание, статус международной лаборатории, оброс сетью коллабораций по всему миру и работает с ведущими вузами России. Эта группа ученых пишет 20% публикаций БФУ в журналах рейтинга Q1, то есть лучших научных статей всего университета, и получила ряд патентов на свои разработки, которые уже интересны индустрии. Мы попросили Валерию Родионову рассказать нам о своей команде и своем детище.
Что такое «умные» материалы
Умные материалы — это материалы, которые меняют свои свойства в зависимости от условий, в которые они помещены: от влажности, от внешнего магнитного поля, от механического воздействия. И мы создаем материалы, у которых отклик на это воздействие управляем.
В биомедицине
Глава Центра умных материалов БФУ им. Канта, кандидат физико-математических наук Валерия Родионова
Магнитные методы и магнитные материалы в биомедицине — удобны, поскольку опосредованное или непосредственное воздействие магнитным полем осуществляется без операционного вмешательства — магнитное поле проникает в человека. Для этого нужно, с одной стороны, создавать поле определенной конфигурации и контролировать его распределение, а с другой стороны — разрабатывать и создавать материалы со свойствами, управляемыми полем. Мы работаем в этих двух направлениях. Один из наших последних проектов — создание «скелетов» (особенных подложек), которые на внешнее магнитное поле отвечают изменением механических и электрических свойств. За счет этого можно создать для клеток в пробирке условия, близкие к условиям в организме, и управлять ростом и дифференциацией стволовых клеток.

Сфера применения тут — регенеративная медицина, разработка имплантов, создание искусственных органов и тканей. В зависимости от болезни каких-то клеток может не хватать, а организм может не справляться с их «изготовлением». Тогда из собственных стволовых клеток человека можно создать нужные и подсадить. Это может быть безопаснее или эффективнее, чем использовать доноров. Если говорить, например, о кости человека, то стволовые клетки помогут ей быстрее срастись. Или, другой пример, нейрональные стволовые клетки, которые могут помочь в регенерации нервной ткани — ткани головного и спинного мозга.
В экологии
Еще мы занимаемся 2D-материалами, то есть двухмерными. Его можно сделать, например, из массивного материала химическим травлением — материал расслаивается на тонкие-тонкие «хлопушки». Они получаются плоскими, толщиной в несколько атомарных слоев. И за счет этого расслоения у материалов химически активная поверхность. Что важно — материалы делаются методом «зеленого синтеза», без вредных выделений в атмосферу.

Если этих «хлопушек» много, материал может работать фильтром, например, использоваться при очистке воды. Мы сейчас начинаем работать в этом направлении с областным «Водоканалом». Материалы могут работать и для очистки газов.
В дефектоскопии
Третье направление — это дефектоскопия. Сейчас разрабатываются композитные материалы. Например, МАИ (Московский авиационный институт) работает над композитами для крыла самолета. Эти материалы сейчас идут на замену традиционным монолитным — они легче, более управляемы и так далее. Одна из проблем — возникновение спонтанных дефектов: трещин, изломов, пор. И у нас разработан датчик магнитного поля (изначально мы разрабатывали его для магнитной кардиографии), который может использоваться в дефектоскопии. Это быстро, дешево, пространственное разрешение хорошее, чувствительность достаточная, чтобы все маленькие дефекты поймать. Мы подружились с МАИ, и теперь, скорее всего, это будет совместный проект.
О практической пользе науки
До прошлого года мы занимались только фундаментальной наукой и не смотрели в индустрию, фундаментальные гранты нас более чем устраивали. Мы были теми, про кого шутят «ходят на работу, чтобы удовлетворять свое любопытство». А за 7 лет сформировалась команда, появилась школа. И нам стало тесновато. Мы стали смотреть, что делать дальше с теми замечательными продуктами, которые мы получили.
Мы были теми, про кого шутят «ходят на работу, чтобы удовлетворять свое любопытство».
И выяснилось, что связка наука-бизнес, наука-индустрия в России еще только в процессе становления. Потому что бизнесу «надо быстро» и он предпочитает сам решать свои проблемы. Наука исходно предполагает скорее философский подход, с совсем другим темпом. И никакая смычка не происходит, она и законодательно не зафиксирована. С весны у меня в штате есть маркетолог, которая как раз понимает, что делать, на каком языке говорить на «той стороне». Сейчас мы подготовили несколько презентаций, несколько предложений, ведем переговоры.

У нас сейчас три гранта, один из них — крупнейший из фундаментальных в России, но и он уже с индустриальным партнером. Это компания, которая сама производит системы магнитов и является дистрибьюторами ряда крупных фирм. Им интересна одна из частей нашего фундаментального проекта по 5D-печати. С конструкторским бюро «Факел» мы обсуждаем проект разработки элемента двигателя с изменяющимися размерами.

Сенсор для 3D-магнитного картирования мы разрабатываем совместно с МГУ имени М. В. Ломоносова. Он может быть применен для магнитной кардиографии и для устройств point-of-care. Перед тем как его патентовать, мы сделали статью, показали, что физические принципы работают, а затем пошли в наш кардиоцентр, выяснили, что врачам это интересно. Магнитная томография — это дорого, и если каким-то образом ее можно будет удешевить, медики в этом крайне заинтересованы.

На самом деле развиваться нужно комплексно. Мы занимаемся не только наукой, но и развитием коллаборации, создаем среду и научную культуру для студентов, разработали и реализовываем магистерскую программу двух дипломов (Европейского образца и РФ), работаем со школьниками; мы запустили международную конференцию. И я теперь с гордостью могу сказать, что мы выбрали правильный путь развития.
О научном сотрудничестве
Наука — это всегда сетевое взаимодействие. У нас очень широкая карта коллабораций. Мы недавно ставили на ней точки, навскидку их минимум 30. Без этого в современном мире нельзя. То же научное оборудование стоит безумных денег, и везде его дублировать просто нецелесообразно. Например, у нас нет томографа с нано-разрешением, чтобы посмотреть красивую частичку. А у наших коллег, с кем мы уже давно работаем вместе, — есть. Поэтому мы используем такой томограф в Италии.

Конечно, очень важно владеть набором методов и умений, чтобы быть интересными коллабораторам. Но собирать у себя все «руки» и учить их — тоже не нужно, потому что современный мир динамичен и пока ты научишь эти «руки», тебе нужно будет уже переходить в другую область, будут нужны новые методы. Необходимость для современных исследователей и студентов, в том числе в умении быть гибкими.
О закрытии границ
Для нас пандемия была огромной сложностью, потому что у нашей группы в России гораздо меньше коллабораторов, чем за границей, так исторически сложилось. Но благодаря этому мы узнали очень много хороших групп в России, которые живут по тем же принципам, что и мы. И у них тоже коллабораторы за границей, потому что это оборудование, это быстрый доступ к реагентам. В общем, расширили горизонты свои в России.
Об «утечке мозгов»
За границу уезжают на самом деле немногие. За все время две девушки уехали совсем, а два человека сейчас работают часть времени в Калининграде и часть времени в других группах за границей. Хотя знаю, что во время стажировок и командировок, конференций моих ребят приглашают работать в разные страны. Почему не уезжают? Думаю, ребята чувствуют свободу: я никого не удерживаю. Я каждого ценю, уважаю, вкладываюсь, но никого не удерживаю. Уехать можно — к концу аспирантуры-магистратуры ты обрастаешь своей сетью контактов и тебе открыты все дороги. Сейчас очень многое делается со стороны государства для того, чтобы молодежь оставить в России. Думаю, они это чувствуют — что они нужны в своей стране и что сейчас в России можно зарабатывать в науке. Есть системы поддержек, грантов, стипендий.
Об избирательном подходе к патентам
Мы получаем патенты примерно раз в год. Среди заметных — сенсор магнитного поля, два клеточных манипулятора. Можно и по 10 патентов в год делать, но зачем? Важно же, чтобы этим патентом потом кто-то пользовался. Мы патентуем только то, что считаем важным. И уже есть обратная связь от одного международного патента. Это был совместный с испанскими коллегами проект о манипулировании. И в этом году пришел запрос из Словении, они хотят расширить патент на свою страну. И они не стали бы просто так тратить деньги, это значит, что там есть конкретный потребитель.
О команде
Команда Центра умных материалов БФУ им. И. Канта
Когда я сюда приехала, я приехала одна. И набирала команду из местных студентов. И, честно говоря, сначала очень хотелось уехать обратно в МГУ, потому что, наверное, ни для кого не секрет, что МГУ очень сильный вуз с сильнейшими студентами в России. Чувствовалась разница. Сейчас мне иногда говорят, что я сделала филиал своей родной кафедры из физфака МГУ в Калининграде. Когда группа уже сформирована, проще привлечь талантливых студентов, которые бывают еще и круче студентов из МГУ. И в БФУ сейчас ведутся работы со школьниками для привлечения сильных абитуриентов. Средний уровень студентов растет.

В 2010 году меня пригласили открыть лабораторию в Калининграде и одновременно на позицию в испанский университет. Тогда я не могла собраться и уехать из МГУ, потому что нужно было доделать ряд проектов. Поэтому я год жила между тремя городами — Москва, Калининград и Сан-Себастьян. Про такие истории говорят, что этот опыт, который ты бы ни за что не повторил и ни за что бы от него не отказался. Но потом появился один человек, второй, третий… потом нас стало 10, а сейчас — почти 30.

Если бы не стали появляться эти люди, то я бы точно сорвалась и уехала. Потому что я считаю, что главное — это не оборудование, а горящие идеями и процессом люди, на них все держится. Я не могу сказать, что у нас сверхценное и сверхмодное оборудование, но у нас есть люди, которым интересно работать в лаборатории, которые могут собрать, починить установки. Им комфортно друг с другом, в дискуссиях они рождают кучу идей. Мы не ставим границ практически нигде. Единственное, чего я требую — взаимно корректного общения (например, не замалчивать взаимные претензии, а обсуждать и делать атмосферу комфортной) и уважение ко времени и планам друг друга (жизнь динамична, и любые планы могут измениться, но об этом нужно как можно раньше предупредить, чтобы скорректировать планы других членов команды). В итоге я вижу, что ребята уважают друг друга, от этого атмосфера в центре — приятная. Это место, куда хочется приходить.
Об образовании и отмирании «жестких» программ
Науки не может быть без образования. Мы развиваем их в связке. 4 года назад мы разработали международную магистерскую программу «Функциональные наноматериалы и современные приложения». Наш партнер — Гданьский политехнический университет. Это англоязычная программа, и сейчас студент может получить два диплома — российского и европейского образца. В этом году мы выдаем первые такие дипломы.

Программа отличается от обычных российских. Все обучение — в первый год, а второй свободен от любых пар, он для стажировок, диссертаций или проекта. Первый год тоже не типичный, первый семестр они учатся все вместе и у них по выбору только больше эксперимента или больше теории. Второй семестр они расходятся на три модуля: оптика и фотоника, индустриальные приложения (это как раз аддитивные технологии, смарт-материалы), а третий модуль — биомедицинский.

У нас лозунг есть для этой программы, правда, пока он длинноват: «Выбирай где, чему, у кого и как учиться». Мы не ставим границ и здесь. Эта программа открыта для всех студентов, там у нас учатся и химики, и биологи. Даже были девочки с философским и менеджерским образованием. Менеджер сейчас работает на физфаке МГУ. Ей нужно было понимать терминологию, эффекты, научиться языку. Мы не пытались сделать из нее физика, мы понимали ее цели и под нее подстраивались. Мы гибкие. Этих девчонок хвалил физик-теоретик, который им давал теорию по квантам. Говорит, такие девчонки, что огонь. А им было интересно — отсюда и огонь.
Сейчас все пытаются угадать профессии будущего, но эти прогнозы вообще не сбываются.
Сейчас нельзя уже составлять жесткую программу на все годы обучения. Наука так быстро развивается, у человечества так быстро меняются запросы, что ты не знаешь, что завтра будет актуально и тебе нужно. Это совершенно непредсказуемо. Сейчас все пытаются угадать профессии будущего, но эти прогнозы вообще не сбываются. Поэтому на наших курсах мы не фиксируем содержание, а из года в год меняем лекторов и составляющие курсов для того, чтобы обеспечить студентов материалами к самым актуальным темам, направлениями.
О молодеющей науке
Команда Центра умных материалов БФУ им. И. Канта
Наука очень сильно молодеет. И доступность информации — огромный плюс. В бакалавриате уже поздно науку популяризировать. Потому что представления о научной деятельности, престиже науки формируются еще в школе. И год назад мы начали работать со школьниками. Сейчас три школьника у нас делают проект, собирают в лаборатории свою установку и будут участвовать в нашей научной конференции в августе.

Сейчас большое количество научных задач можно решить еще в школе. Например, для того, чтобы грамотно собрать эту установку, нужны просто знание базовых законов электричества и магнетизма. Понятно, что дальше какие-то физические эффекты, которые завязаны на квантах, мы упрощаем, потому что в школе не надо давать кванты. Но можно адаптировать материал.

1 сентября открывается наша дочерняя лаборатория в Центре развития одаренных детей (ЦРОД). Директор и его заместитель по науке — большие молодцы, они делают очень важное дело! Одно удовольствие ездить в центр с лекциями. Теперь они открывают ряд лабораторий по программе «Сириус». Мой магистрант там становится заведующим одной из лабораторий, и мы будем работать с в связке. Туда закупалось оборудование, комплиментарное нашему, то есть такое, которого нет у нас. Любой школьник может прийти на годовой курс в ЦРОД (на бесплатной основе), делая часть работ у нас в центре. То есть на самом деле побыть ученым-исследователям, попробовать эту жизнь «на вкус». А наша задача — сделать эту историю вкусной, насыщенной, показать, насколько это интересно и увлекательно — работать в науке. С одной стороны, я считаю, что это наша — ученых — социальная ответственность, а с другой стороны, нам специального ничего делать не нужно, а нужно просто школьнику дать возможность выполнить свой проект совместно в ЦРОД и нашем центре, дать доступ к оборудованию, выбрать грамотного наставника, обеспечить общение в лабораториях с сотрудниками и студентами центра.
© 2021, «Новый Калининград», 18+

Автор: Алла Сумарокова
Визуализация: Денис Туголуков
Выпускающий редактор: Оксана Шевченко
Фото: Балтийский федеральный университет им. И. Канта

Реклама