Науковою роботою доктор хімічних наук, професор Михайло Брик захопився з другого курсу, навчаючись на природничому факультеті педагогічного інституту міста Кременця Тернопільської області. Багато працював на кафедрі хімії, готуючи дослідницькі роботи. Трудову діяльність розпочав в Інституті хімії високомолекулярних сполук, згодом перейшов у щойно відкритий Інститут колоїдної хімії і хімії води АН УРСР. Захоплення темою синтезу полімерів у тонких шарах на поверхні наповнювачів виявилося досить тривалим — протягом 20 років. Із 1982 року наукові інтереси Михайла Теодоровича сконцентрувалися на мембранах і мембранних технологіях. Цеглинки, закладені ним у фундамент радянської, а згодом вітчизняної мембранології, досить вагомі. Сьогодні мембранні технології здатні перевернути уявлення про складні й трудомісткі процеси, такі, наприклад, як досконале очищення питної води у промислових масштабах тощо. Але чи приділяється цій проблемі достатньо уваги? Михайло Теодорович Брик, який обіймає посаду першого віце-президента Національного університету «Києво-Могилянська академія», ділиться своїми думками з цього приводу.
Безвідмовний працівник
Мембранні технології бурхливо розвиваються, починаючи з середини минулого століття (перший патент було видано 1959 року). Розроблялися мембрани для очищення питної, технічної, стічних вод — для великотоннажних процесів. Ці мембрани пропускають воду й затримують розчинені солі та інші речовини. А чому б їм не виконувати ще якихось функцій? Мембрану можна змусити реагувати на зовнішні чинники. Скажімо, на температуру, світло, концентрацію якоїсь речовини. Вона може або пропускати, або не пропускати за певних умов якісь компоненти розчину, може реагувати на зміну кислотності тощо. Десь на початку 80-х років я оприлюднив ідею про можливість створення мембран з особливими властивостями. Вона виникла після ознайомлення з дією не синтетичних, а біологічних мембран. Тоді я пропонував дві назви таких мембран: мембрани з гібридними функціями або, зрозуміліше, мембрани з додатковими функціями. Так цей термін і закріпився в науці.
Якщо дуже популярно: мембрана скидається на плівку, в якій є пори — дірочки, через які просочуються рідини або гази. Тепер уявіть собі: всередині пори прищеплені великі полімерні молекули. Вони мають здатність змінювати свою форму — тобто розгортатися-згортатися в тугий клубочок, залежно від того, як і чим на них подіяти. Якщо пора перекривається розгорнутими молекулами, характеристика мембрани міняється. Але як тільки зовнішній вплив змінюється, пора відкривається. Такі молекули можуть працювати скільки завгодно. Вони не втомлюються, діють чітко за заданим режимом зовнішнього впливу. Можуть реагувати на світло, залежно від довжини хвилі, на температуру, на концентрацію певної речовини.
Йдеться не про кубометри речовини, досить того, щоб такі мембрани пропускали десятки мілілітрів. Припустимо, в кров’яному руслі хворого треба регулювати кількість певних речовин. Сенсорний датчик на мембрані, тобто малесенька плівочка, реагуватиме на концентрацію, наприклад, цукру. Якщо його концентрація зменшилася проти норми — пори мембрани відкриваються, як тільки збільшується — закриваються.
Мембрани можна використовувати, наприклад, для приготування лікарських препаратів, для одержання апірогенної води (при введенні в кров’яне русло вона не викликає підвищення температури) тощо.
Приміром, ви маєте складну біологічну рідину, плазму крові чи кров, і вам треба визначити концентрацію певної речовини, яка є в ній, скажімо, коли людина хвора. Мембрана контактує з цією рідиною, відбувається взаємодія антигену з антитілом, при цьому виникає слабенький електричний сигнал, який підсилюється, і в ту ж хвилину можна визначити концентрацію речовини. Це можуть бути соті й тисячні частки міліграма.
На жаль, дослідження, які проводяться в наших лабораторіях, в Україні нікому не потрібні…
Золоте дно
До розпаду Радянського Союзу київська школа вчених-мембранників була однією з найсильніших. Хоча такі школи існували в Москві, Володимирі, Петербурзі, Мінську, там зараз залишилася матеріальна база. Самі ж учені роз’їхалися по світах, а хто й полишив дослідження. А в Україні взагалі немає власного виробництва мембран і мембранних установок. Одне-єдине виробництво було в дослідному інституті на території підприємства «Хімволокно». Вироблялися мембрани у вигляді порожнистих волокон, до речі, дуже високої якості. Їх модулі закуповували навіть Англія та Японія. Мембранні технології економічні, екологічні, їх можна продавати як високоінтелектуальну продукцію. Причому матеріальні затрати на самі мембрани мізерні.
Мембранні технології застосовуються в харчовій, молочній промисловості, у виробництві безалкогольних, алкогольних напоїв, усіх рідких харчових продуктів. Нині з використанням мембранних технологій розробляють багато нових продуктів.
Ми розробили також мембрани, що реагують на кислотність (якщо кисле середовище — вони пропускають розчин крізь мембрану, як тільки воно стає іншим — закриваються), біокаталітичні мембрани, здатні розщеплювати, скажімо, той-таки цукор до глюкози та фруктози безвідходно, на всі сто відсотків. У промисловості гідроліз, тобто розпад цукру до глюкози і фруктози, відбувається так: лимонну кислоту вводять у розчин цукру і нагрівають. Однак при цьому з’являються шкідливі продукти. Ми запропонували посадити на мембрану фермент, який розкладає молекули цукру на глюкозу і фруктозу — вони проходять крізь мембрану, а цукор залишається над мембраною. Більше того, ми навчилися також розділяти глюкозу і фруктозу. Робиться мембрана, яка називається матричною: в ній такі пори, які діють за принципом «ключ у замку».
Останнє десятиліття мембранні технології у світі бурхливо розвиваються, закладаючи основи принципово новітніх технологій. Це розуміють найпотужніші країни — США, Японія, ФРН, Китай, Корея.
Україна закуповує мембранні технології за кордоном. Але працювати з ними, як ми звикли — молотком і зубилом, — не можна. Інакше через місяць, максимум через два такої експлуатації дорогі установки виходять із ладу.
Мембранні установки продаються поштучно. Це не масове виробництво. Як правило, мембрани в таких установках працюють 3—5 років. У нас такі технології працюють лише де-не-де в лікеро-горілчаній і харчовій промисловості. Є спроби використовувати мембрани на деяких фармацевтичних підприємствах. Ще п’ять років тому ми пропонували розробити технології, за якими можна виготовляти натуральні продукти. Скажімо, очистити, освітлити, згустити овочеві і фруктові соки, причому зберігши всі їхні властивості. Чим погана, наприклад, суміш із дині, гарбузів та екстракту гречаної соломи?
За мембранною технологією з соку можна одержати досить густу, концентровану масу, яка не втрачає запаху, смаку, не знає карамелізації цукру. Скажімо, в країні виробляється мільйон тонн яблучного соку. Його можна сконцентрувати щонайменше удвічі, втричі. Отже, це частково вирішує проблему зберігання й перевезення. Та найголовніше — природний термін зберігання тривалий.
Раніше молочний білок після миття посуду на молокозаводах як відходи йшов у стічні води. Був я на одному такому молочному заводі, бачив миючі води, в яких багато молочного білка і які скидаються в найближчу річку. Кажу директорові: «Ви можете на добу одержувати до 40 тонн кормового білка». І чую у відповідь: «А що я з цього матиму?» Тому що фінансові затрати на переобладнання покладені на саме підприємство, яке виробляє продукцію.
Вкрай потрібні мембранні технології в радіоелектронній промисловості…
Отож, уже настав час, коли починають розуміти, що мембранні технології потрібні, а вітчизняних немає. Доводиться купувати за кордоном. А тут інша біда — у процесі експлуатації потрібні так звані витратні матеріали. Ви купили установку, тепер купуйте ще й матеріали, миючі розчини. Через два-три роки підприємство на них витратить майже стільки грошей, скільки коштує сама установка. Коли закінчується гарантія на установку, витрачається стільки коштів, скільки коштує нова.
На розробку власних проектів Міністерство освіти і науки України виділяє незначну суму. Немає відповідної професійної експертизи наукових проектів. Може, вона і є, але нею нехтують. Свого часу, в перші роки незалежності, вдалося «пробити» окрему програму з мембран. Знайшлись і гроші. Але проект закінчився. Точніше, його майже ліквідували. Урізали фінансування раз, другий, а потім закрили.
Допомога прийшла із Заходу
Нині є потреба у створенні нового покоління мембран із бактерицидними або бактеріостатичними властивостями, необхідними насамперед для очищення питної води, води для фармацевтичної, медичної промисловості, що мають гарантувати знищення всіх мікроорганізмів (бактерицидні мембрани їх убивають, а бактеріостатичні створюють для них нестерпні умови).
Спільно з колегами-харків’янами, які працювали в оборонній тематиці, ми подали матеріали на ґрант, який фінансують країни Європейського Союзу, США і Канада. До слова, отримати його дуже важко.
Проект кілька років рецензувався. Нарешті ми ґрант виграли.
Проект дуже жорсткий за постановкою проблематики дослідження. За умовами ґрантa, більше половини виконавців повинні бути людьми, які мали справу з оборонною тематикою. Усього у проекті задіяно 17 осіб. Дев’ятеро з Харкова — науковці Харківського фізико-технічного інституту — і вісім осіб із Національного університету «Києво-Могилянська академія». У Києві проект виконуватиметься на базі Центру екологічних досліджень НаУКМА, де я керуватиму роботами. У лабораторії екотехнологій при кафедрі хімії НаУКМА дослідження вестиме група під керівництвом доцента А.Бурбана.
Грантом передбачено: це мають бути відкриті публічні дослідження, які виконують тільки науковці, що живуть і працюють в Україні. Ідея ґрантa — забезпечити вченим, які займалися закритими технологіями, можливість працювати. Але ґрант — це лише частина грошей. Частково проект фінансуватиме наш університет, який має в цьому ґранті свою частку.