Здавна народні цілителі, а потім і медики-професіонали, високо цінували лікувальні властивості кремнезему. Він міцно ввійшов у гомеопатичну практику. Також давно помітили, що на піщаних грунтах, де багато кремнезему, краще ростуть трави, вищі врожаї окультурених рослин, до того ж вони менше схильні до хвороб. Тому інтерес хіміків до цього матеріалу не випадковий. Синтез кремнеземів із хімічно модифікованою поверхнею, створення на їхній основі речовин із заданими властивостями поклали початок цілому науковому напряму в хімії поверхні, а легкий білосніжний порошок під назвою «Силікс» (Silics) можна вважати сьогодні візиткою інституту. І це далеко не єдиний напрям наукових пошуків працівників ІХП.
Біля витоків
нової науки
Хімія поверхні в Україні як наука нерозривно пов’язана з ім’ям академіка О.Чуйка. Спрага до наукового пошуку в працьовитого цілеспрямованого юнака з родини кубанських землеробів з’явилася ще в студентські роки. Його вчителями були академіки І.Францевич, В.Єременко, Ю.Делімарський, А.Кіпріанов, А.Бабко, А.Думанський, А.Пилипенко, Ф.Бабічев.
Якось після відвідання семінару академіка Думанського, під впливом неабиякої особистості вченого й ідей, якими той запалював своїх учнів, Олексій рішуче поміняв спеціалізацію — з електрохімії перейшов на колоїдну хімію. Уже в студентські роки, а потім під час навчання в аспірантурі працював над створенням гібридних органокремнеземних матеріалів, що мають неминущу практичну цінність. Цікавий факт: випускниками хімфаку 1958 року були три майбутні академіки НАН України (В.Скопенко, О.Чуйко, В.Походенко), понад 30 докторів і кандидатів наук.
Працюючи в Інституті фізичної хімії ім. Л.Писаржевського, О.Чуйко продовжує вивчення процесів модифікування кремнезему. Уже в перших опублікованих роботах, присвячених дослідженню поверхні дисперсних твердих тіл і особливостям хімічних реакцій у поверхневому шарі, він запропонував засоби хімічного закріплення на поверхні кремнезему алкіл-, олефіно-, аміно- і сполук, які містять карбоксил, з метою одержання нових специфічних адсорбентів і хімічно активних наповнювачів полімерів. На початку сімдесятих років молодий учений очолив перший у Радянському Союзі відділ хімії поверхні, в якому розвиваються систематичні дослідження хімічних процесів на поверхні високодисперсних неорганічних оксидів. За першу в СРСР науково-технологічну розробку високодисперсних кремнеземів із хімічно модифікованою поверхнею, організацію їхнього виробництва і застосування як загусників мастильних матеріалів для автомобільної промисловості О.Чуйка удостоєно звання лауреата Державної премії УРСР в галузі науки і техніки.
Був випадок
Якось О.Чуйко, тоді ще зав. відділом, запросив президента Академії наук України Б.Патона відвідати відділ хімії поверхні Інституту фізичної хімії. Дуже хотілося, щоб Борис Євгенович навіч переконався в перспективності нового наукового напряму фізичної хімії — хімії поверхні, який бурхливо розвивався. Адже, як відомо, краще один раз побачити... У середовищі вчених (і не лише) знали, що Борис Євгенович не формально підходить до нових розробок. Пообіцяв приїхати. Обминаючи офіційні умовності, за його висловом, інкогніто.
І от якось після робочого дня, коли інститутські кабінети спорожніли, Борис Євгенович прочинив двері тісної кімнати, до самої стелі заставленої зразками нових матеріалів та інших розробок відділу хімії поверхні. Не поспішаючи, з неприхованим інтересом роздивлявся, розпитував про можливості їхнього застосування. Допізна того вечора горіло світло в інститутському вікні...
Сьогодні, подумки повертаючись у роки своєї наукової молодості, Олексій Олексійович згадує: «Нове, а тим більше в науці, не з’являється з нічого. Інститут фізичної хімії на той час був потужною науковою установою, яка займалася багатьма значними фундаментальними напрямами. І найяскравішими були два відділи: проблем сорбції, очолюваний професором І.Неймарком, куди я прийшов після університету, і відділ професора Д.Стражеска, де займалися вуглецевими сорбентами. Це був період дуже бурхливого розвитку науки про адсорбцію, каталіз, хімію полімерів. На початку 60-х років колишній термодинамічний рівень пізнання поверхні, адсорбції, каталізу тощо вже був недостатнім — потрібне було молекулярне уявлення про хімію поверхні. Ця наука зародилася і розвивалася в СРСР у кількох центрах, зокрема в МДУ (покійний А.Кисельов і його школа), у Ленінградському університеті. І все-таки головним став київський центр — в Інституті фізичної хімії АН УРСР».
Захоплення фундаментальними науковими дослідженнями в О.Чуйка завжди поєднувалося з практикою. Йому було важливо одержати конкретний результат (матеріал, речовину), причому не просто кінцевий продукт, а й, якщо це справді щось принципово нове і цінне, запустити його у виробництво. На початку вісімдесятих О.Чуйко очолив створене ним при ІФХ відділення хімії поверхні, до складу якого, крім наукових відділів, увійшли спеціальне й окреме конструкторсько-технологічні бюро з експериментальними виробництвами, дослідне виробництво, три дослідно-експериментальні заводи. Зокрема, на одному із велетнів хімічної галузі з ініціативи вченого створено й успішно розвивається Калуський дослідно-експериментальний завод, що спеціалізується на випуску модифікованих форм високодисперсних твердих тіл. Далеко не кожен інститут міг похвалитися подібним експериментально-виробничим комплексом.
Істотно розширюється коло досліджень. Крім дисперсних оксидів металів і змішаних оксидних систем, вивчається ряд вуглецевих твердих тіл, що різняться структурою і станом атомів у поверхневому шарі. Розроблено ефективні методи комп’ютерного моделювання поверхні твердого тіла, квантово-хімічного аналізу будови структурних фрагментів адсорбційних комплексів і поверхневих сполук, вивчення міжфазних взаємодій. З’ясовано тонкі деталі механізмів багатостадійних процесів хімічного складання поверхневих сполук, експериментально визначено стан проміжних комплексів. На думку фахівців, працями цього періоду по суті закладено теоретичні підвалини сучасної нанохімії поверхні, що дозволило згодом створювати унікальні матеріали шляхом іммобілізації на неорганічній матриці сполук різноманітних класів. Понад 200 створених нових матеріалів застосовуються в різних галузях промисловості, сільському господарстві, медицині, екології. Приміром, у стінах інституту синтезовано дисперсний матеріал для штучного спричинення атмосферних опадів. Свого часу в Україні була служба з градозахисту сільгоспугідь, виноградників і т.п. Колись для цього використовувалися дорогі матеріали (зокрема, срібло), а київські хіміки для приборкання градонебезпечних хмар запропонували абсолютно нешкідливий кріореагент на основі кремнезему. Вони створили сорбенти для видалення нафти і нафтопродуктів з поверхні води і грунту, особливо тонкі і безпечні мастила для устаткування в харчовій промисловості, різноманітні наповнювачі полімерів і композитів, теплоізоляційні волокнисті матеріали, гідрофобізуючі та гідроізолюючі покриття, системи для очищення питної води, адсорбенти для очищення промислових стоків, квантоворозмірні матеріали для нано- й оптоелектроніки, систем запису інформації візуалізації рентгенівського випромінювання. І цей перелік можна продовжити. Особливе місце в ньому приділяється біомедичним препаратам з унікальними властивостями. Про них ми розповімо далі.
Був випадок
На початку сімдесятих фізхіміки разом з іншими науковими підрозділами країни винайшли мастило для техніки. Воно пройшло успішну апробацію в тракторо- і машинобудуванні, у дизельних двигунах. Як з’ясувалося, під час його застосування зносостійкість вузлів механізмів збільшувалася в кілька разів. Випробування цього мастила в умовах агресивної морської води дали надзвичайні результати: механізми кораблів і через п’ять років були як новенькі. В одному з приморських міст налагодили невелике виробництво, яке певною мірою задовольняло потреби лише морфлоту. Від управлінських структур в Академію наук надійшла пропозиція: дайте заявку на фінансування. Підготували, як належить, програму і надіслали її до Держкомітету з науки і техніки. У той час про одержання фінансування на суму 50 тисяч карбованців можна було лише мріяти. Звичайно виділялося тисяч десять-п’ятнадцять.
І от із Москви в Інститут фізичної хімії АН УРСР надходить папір. Так, мовляв, і так, під програму розробки мастила для техніки можемо виділити 1,5 мільйона карбованців, тільки скоротіть терміни її виконання, позаяк в країні катастрофічне становище з мастильними матеріалами. Колишній заст. директора інституту викликає до себе керівника групи розробників О.Чуйка. «І як ти собі це уявляєш? » — показує лист. «А що вас тут бентежить?» — здивовано запитав Олексій Олексійович. «Та весь інститут одержує лише 700 тисяч!» — почервонів від хвилювання заступник. «Ну, якщо не потрібні півтора мільйона, так не беріть, але робота ж яка цікава... » — тільки і відповів Чуйко.
Більше питання про мастило в стінах ІФХ не порушувалося. Цікаво, а яка ж доля листа з такою привабливою пропозицією? Скоріше за все, на нього керівництво інституту відповіло, що, мовляв, академічна наукова установа займається фундаментальними науковими проблемами і не може відволікатися на подібні прикладні теми.
Чорнобильська
епопея хіміків
У книзі «Історія Національної академії наук України в суспільно-політичному контексті. 1918 — 1998» (Київ, «Фенікс», 2000) у чотиристорінковому розділі, що розповідає про внесок Академії наук у ліквідацію наслідків катастрофи на ЧАЕС, чорнобильську епопею невеликого колективу Інституту хімії поверхні відтворено одним скупим абзацом: «У стислі строки вчені АН УРСР провели велику роботу по створенню нових засобів пригнічення, дезактивації, локалізації і запобігання повторного забруднення промислових і цивільних об’єктів, обладнань, техніки, території 30-кілометрової зони ЧАЕС і прилеглих до неї районів. Науковці Інституту хімії поверхні запропонували пилопригнічувальні речовини, якими було проведено обробку розвалу четвертого енергоблоку. Це забезпечило зниження концентрації активних аерозолів у повітрі навколо проммайданчика в 100—1000 разів. Гідрофобілізуючими сполуками було проведено обробку вертикальних поверхонь споруд ЧАЕС і міста Прип’ять». Безсторонні друковані рядки. Насправді вона тривала впродовж сотень неспокійних днів і безсонних ночей, забрала багато сил і здоров’я.
Офіційною датою народження Інституту хімії поверхні вважається 8 травня 1986 року. Але про це багато його працівників дізналися пізніше. Усе переплутав Чорнобиль. З перших днів травня хіміки розв’язували завдання, як «зв’язати» радіонукліди, дезактивувати поверхні будинків, споруд, доріг, щоб обмежити поширення радіоактивного забруднення. З гарячого черева зруйнованого реактора виривалася величезна кількість радіоактивних аерозолів і пилюки, які вітер розносив на великі відстані, не кажучи вже про територію ЧАЕС і сусідню місцевість. Працювати там було неможливо, незважаючи на те, що постійно сотні солдат старанно з порошками мили все навколо, зокрема, величезний машинний зал третього енергоблоку й інші приміщення станції.
Про цю сторінку чорнобильського літопису широкій громадськості майже невідомо. Усе вирішувалося буквально в лічені дні і години. О.Чуйко зі своїми колегами запропонував для обробки всієї території ЧАЕС, з її спорудами і приміщеннями, застосувати спеціальний склад. Його розпорошували з вертольота над реактором, із радіоактивного жерла якого тривав викид аерозолів. У результаті їхня концентрація знизилася подекуди в тисячі разів, практично припинилося виділення пилюки з розвалів, вдалося здійснити плановий пуск 1-го і 2-го енергоблоків.
Дні чорнобильської епопеї здружили О.Чуйка з начальником хімічних військ СРСР, доктором технічних наук генерал-полковником В.Пікаловим. (За участь у ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС генерал удостоєний звання Героя Радянського Союзу.) Часто разом «зависали» над 4-м блоком на вертольоті, а якось на бронетранспортері довелося наблизитися до самого реактора. Такий ризик був пов’язаний із розв’язанням тієї самої проблеми пиловловлювання. Учені інституту хімії поверхні запропонували «надіти» на реактор «протигаз» (так умовно його назвали). Це була легка конструкція з дюралю заввишки кілька десятків метрів у «спідниці» з вуглецевих і кварцових волокон. Аерозолі мали «зв’язуватися» з допомогою спеціального липкого складу, викачуватися насосом до труби, з якої вони потім потрапляли в стандартні куби для захоронення радіоактивних відходів. Це був простий і дешевий пристрій. Б.Патон підтримав ідею (слід зазначити, що в тих екстремальних умовах багато ідей і винаходів народжувалися і впроваджувалися відразу) і запропонував узятися за зварювання металоконструкцій. Мовляв, ви якомога швидше підготуйте креслення і давайте свою «хімію», а металеві конструкції ми зробимо в Інституті електрозварювання.
Три дні і три ночі працівники не залишали приміщення інституту, і до кінця третьої доби креслення і розрахунки були готові. Проте керівництво урядової комісії з ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС не стало навіть розглядати проект. Так він і припадає порохом у чорнобильському архіві.
Розповідь про участь хіміків у роботах з ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС буде неповною, якщо не згадати той факт, що вони виконали 13 урядових постанов щодо розв’язання чорнобильських проблем.
Хоч як це дивно, але «чорнобильський імідж» інституту морально нечисті люди використали проти нього ж. Коли міська влада виділила майданчик під зведення інститутської споруди на ділянці, де розташований цілий комплекс наукових установ, довкола потенційного будівництва розгорілися пристрасті. Якісь «зелені» і так звані суспільні активісти розпустили чутки про те, що проект не відповідає екологічним нормам, що інститут викидатиме в повітря тонни радіоактивної пилюки, бо займатиметься переробкою... чорнобильської землі. Знайшлося чимало простаків, котрі повірили в цю нісенітницю. Були ініційовані звернення в інстанції, листівки... І, як нерідко трапляється в подібних ситуаціях, будівництво просто закрили. Інститут залишився без нічого, його лабораторії виявилися розкиданими по всьому місту — у 23(!) точках. Але, як каже О.Чуйко, це були «точки», де сиділи справжні вчені (КПІ, Університет ім. Т.Г.Шевченка, інститути фізики, напівпровідників, кібернетики тощо), і дослідження не припинялися ані на день.
Лише торік інститут нарешті переїхав до власного приміщення, якому досі намагається надати пристойного вигляду.
Силлард, силікс, фітосил...
Був випадок
До обласної лікарні, де знаходиться кафедра Вінницького медуніверситету, з сільської глибинки привезли вмираючу дівчинку-підлітка. Унаслідок кишкової патології в неї розвинувся перитоніт. Вона гинула від інтоксикації. Урятувати її, як кажуть у подібних випадках, могло лише диво. Лікарі, розуміючи тяжкість стану тендітної пацієнтки, на нього не сподівалися. І тоді зав. кафедрою біохімії медуніверситету професор М.Луцюк запропонував застосувати білий порошок, суспензією з якого їй промили черевну порожнину, обробили уражені ділянки. І диво сталося — дівчинка ожила.
Так методом експерименту в безвихідній ситуації клініцисти виявили унікальні властивості порошку, розробленого вченими Інституту хімії поверхні. Це був перший сорбент медичного призначення на основі синтетичного дисперсного оксиду кремнію, якому вінницькі вчені-медики дали назву полісорб. Більш широку популярність у медичній практиці цей препарат здобув як силлард.
До випадку з порятунком безнадійної вінницької пацієнтки він успішно застосовувався у ветеринарії (ним лікували телят, хворих на диспепсію), використовувався для капсулювання бичачої сперми з метою збереження генофонду крупної рогатої худоби.
Розробкою хіміків зацікавилися медики. Понад десять років у рамках біомедичного напряму інститут співпрацює з Вінницьким медичним університетом ім. М.Пирогова, низкою НДІ та клінік Мінздорову України. Численні дослідження і клінічна практика дали разючі результати.
За своїми сорбційними властивостями, високодисперсний кремнезем (ВДК) значно перевершує всі відомі сорбенти медичного призначення. Величина зв’язування мікроорганізмів становить до 3 млрд. мікробних тіл на 1 г сорбенту. Такий високий сорбційний ефект, за спостереженнями вчених, обумовлений феноменом аглютинації мікроорганізмів частками ВДК. За розміром останні (4—40 нм) значно менші від мікроорганізмів (1—10 нм), і саме частки сорбента адсорбуються на мікробних клітинах, а не навпаки. Навіть за незначної концентрації частки ВДК здатні аглютинувати мікроорганізми, так само, як клей, зв’язуючи їх в один конгломерат. Доведено також високу білоксорбційну (протеїнонектичну) здатність ВДК. Крім сорбційної властивості, ВДК має біологічну активність.
Недавно впроваджений у медичну практику новий біокоригуючий ентеросорбент силікс, здатний швидко зв’язувати і виводити з організму токсичні речовини ендо- й екзогенної природи, патогенні мікроорганізми і віруси. Він створений на основі того самого кремнезему. Через особливості хімічної будови поверхні ВДК силікс використовують не лише як сорбент із біокоригуючими властивостями, матрицю-носій під час створення комбінованих лікарських засобів, а й як самостійний препарат еферентної терапії. Він успішно застосовується при лікуванні гострих кишкових інфекцій, вірусного гепатиту, хронічної ниркової недостатності, захворюваннях серцево-судинної системи, у пульмонології, гематології, онкології тощо. У аплікаційній формі силікс особливо ефективний у гнійній хірургії як засіб лікування гнійно-запальних процесів. З його використанням розроблені нові комплексні препарати — запровадження силіксу сприяє прискореному всмоктуванню лікарської субстанції, підвищенню її біодоступності й ефективності, поліпшенню фармакокінетичних показників.
Академік О.Чуйко, як і багато його колег-медиків, переконаний, що силікс — це «ліки нового століття». Усякий фармацевтичний засіб, як відомо, крім корисної дії, має небажані, а то і шкідливі побічні ефекти. А розроблений ними лікарський препарат біосумісний, нешкідливий, екологічно безпечний. І при всьому цьому ще й дешевший порівняно з іншою «хімією».
Хімія поверхні тісно зістикувалася з біологією та медициною, і сьогодні відділ медико-біологічних проблем поверхні в структурі ІХП став провідним. Учені інституту відкрили й обгрунтували на молекулярному рівні зв’язок між особливостями хімічної будови поверхні аморфного кремнезему і його біоактивністю, що дозволяє створювати нові терапевтичні технології. Доведено ефект значного збільшення біодоступності лікувальних речовин, обумовлений електростатичним впливом наноструктурних часток кремнезему з мембранами клітин. Хіміки разом із медиками працюють сьогодні над проблемою створення лікарських засобів із заданою фармакодинамікою.
Група вчених ІХП спільно зі спеціалістами-медиками розробила лікувальні препарати нового покоління — фітосил, лізосил, кардіосил та ін., які призначені для лікування різноманітних патологій і мають імуномодулюючу активність. У інституті також створено оригінальні санітарно-гігієнічні засоби (приміром, лікувально-профілактична зубна паста «Силардент»), хірургічні пов’язки, ультрадисперсні магнітокеровані носії лікарських сполук, біосумісні ортопедичні матеріали для стоматології, харчові добавки.
Три — це хороша компанія
Повна назва інституту — МНТК «Інститут хімії поверхні НАН України». Що означає ця абревіатура — МНТК — сьогодні, напевно, знає не кожен. Останніми роками на слуху був лише федоровський МНТК «Мікрохірургія ока». Отож, МНТК — це міжгалузевий науково-технічний комплекс. Ідея їх створення належить академіку Б.Патону.
— Ще в 60-ті роки Борис Євгенович створив блискучу наукову інфраструктуру, — вважає О.Чуйко. — У нас, на відміну від Заходу, де фундаментальна наука зосереджена головним чином при університетах, склалася інша система її організації. Структура «інститут — СКТБ — дослідне виробництво — завод» була дуже вдалою. З початком горбачовської перебудови Патон цю структуру модернізував, запропонувавши форму МНТК. У Росії досі така форма працює. В Україні створили три МНТК. Перший організував академік Б.Патон на базі науково-виробничого комплексу «Інститут електрозварювання ім. Є.Патона». Другим був Інститут матеріалознавства, керований уже покійним нині академіком В.Трефіловим. Потім, у 90-му році, МНТК створили на базі Інституту хімії поверхні. Пам’ятаю, коли з цього приводу вийшла постанова союзного уряду, Борис Євгенович пожартував: «Досі ми були вдвох, а ось три — це вже компанія».
Нині багато людей нарікають на загальну розруху, «відтік мізків» тощо, — продовжує Олексій Олексійович. — Відразу, немов за помахом чарівної палички, нічого не зміниться. І в цих умовах потрібно шукати можливості для розвитку науки. Я не схильний занадто драматизувати ситуацію. І це навіть добре, що молоді вчені їдуть за кордон, де вони працюватимуть у сучасних наукових лабораторіях, а, отже, не зупинятися у своєму розвитку. Завдяки тому, що багато наших співробітників працюють у західних наукових центрах, ми маємо широкі зарубіжні контакти (і контракти), договори і гранти. Зараз ми одержали замовлення від однієї значної американської фірми. У загальній сумі приблизно до 50% коштів заробляємо самі.
Багато досліджень Інститут хімії поверхні НАН України проводить з авторитетними зарубіжними науковими центрами, приміром, із Фраунгоферівським інститутом хімії силікатів при Університеті м. Вюрцбург (ФРН), Університетом Нотр-Дам (США), Університетом Галлє (Німеччина), Інститутом рідких кристалів (Великобританія), Стокгольмським інститутом хімії поверхні (Швеція) тощо. Упродовж кількох років виконувалися теоретичні й експериментальні роботи за договорами з відомою американською фірмою «Шервін-Вільямс» та ізраїльською компанією «Біосил». Разом з Делфтським технологічним університетом (Нідерланди), Інститутом каталізу і нафтохімії (Мадрид, Іспанія) виконувався дослідницький проект, фінансований фондом ЄЕС, зі створення екологічно безпечних транспортних мастил. Напевно, перелічене досить переконливо свідчить про широкі міжнародні контакти київського інституту. А наукову новизну здійснюваних українськими вченими досліджень засвідчує кількість публікацій у провідних наукових журналах — 50—60 статей на рік.
Академік О.Чуйко вважає, що сьогодні абревіатуру МНТК вірніше було б розшифровувати як міжнародний науково-технічний комплекс. І небезпідставно. Крім розширення і зміцнення зарубіжних контактів передбачається створення спільних науково-дослідних лабораторій з Ізраїлем, Китаєм, Швецією, Голландією, Францією. У планах — організація навчального центру з підготовки фахівців у галузі хімії поверхні з зарубіжжя. Нині за ініціативою директора ІХП О.Чуйка разом із національними університетами ім. Т.Шевченка, «КПІ» та ім. О.Богомольця створюється навчальний центр, де здійснюватиметься підготовка кадрів для інституту. «Нам потрібні медики, фізики, хіміки, біологи, технологи, — каже Олексій Олексійович. — Напрям біомедичних проблем поверхні — це зовсім нова наука. Наш вітчизняний престиж. Ми заклали основу, а розвивати її молодим».
***
На згадку про відвідання інституту нам вручили флакон із пухнастим білим порошком. «А звідки така назва — силікс (Silics)»? — поцікавилися ми. Авторство назви препарату належить директору інституту і розшифровується просто: перші три букви — від скороченого найменування кремнезему (silica — англ.), а інші — від англійської назви Інституту хімії поверхні (Institute Chemistry of Surface). І все-таки силікс — це сила!
|