Казалось бы, бери уникальные растения и пользуйся их замечательными свойствами, извлекая экстракты. Но будут ли они достаточно чисты и эффективны? Выстроить технологический процесс таким образом, чтобы получить определенные фракции с более узким составом, решили ученые МГУ им. М.В.Ломоносова. Их проект “Сверхкритические флюиды в гетерофазных и пространственно-ограниченных системах” был поддержан РНФ в рамках конкурса 2014 года. Сегодня за плечами исполнителей работы почти два года реализации задуманного. Подробнее о сделанном рассказал руководитель проекта, декан химического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова, академик Валерий ЛУНИН.
- Флора Крыма - только часть тематики проекта, который мы выполняем совместно с представителями Института общей и неорганической химии им. Н.С.Курнакова РАН и Института проблем лазерных и информационных технологий РАН. МГУ - головная организация. В качестве партнеров привлекли еще коллег из Института физиологически активных веществ РАН и Института химии растворов РАН, поскольку очень многие детали, связанные с использованием сверхкритических флюидов, требуют исследований фундаментальных свойств - растворимости во флюиде разных классов соединений и веществ. Так что исследования, которые ведутся сейчас в рамках проекта в новой лаборатории, весьма масштабны, а многие ученые - исполнители проекта были знакомы ранее по другим работам в области сверхкритических флюидов.
- Что представляют собой сверхкритические флюиды и почему к ним такое внимание?
- Сверхкритический флюид (СКФ) - это состояние вещества, при котором исчезает различие между жидкой и газообразной фазами. Любое вещество, находящееся при температуре и давлении выше критической точки, является сверхкритическим флюидом. Известны сверхкритические флюиды уже более 200 лет, однако активно изучать их стали четверть века назад, когда были разработаны первые эффективные технологические СКФ-процессы. Особо интересны для исследователей технологии, основанные на использовании СКФ-растворителей, в первую очередь сверхкритического диоксида углерода (скСО2).
СКФ-процессы применяют для получения особочистых, пищевых, фармацевтических и косметических веществ, полимерных и композитных материалов, биоматериалов, низкодефектных кристаллов... При всем многообразии современных СКФ-технологий принципиальным является взаимодействие СКФ с динамическими гетерофазными и пространственно-ограниченными системами различной структуры и состава. Исследование их общих закономерностей - самостоятельное и актуальное направление современной СКФ-науки.
Стоит отметить, что в нашей стране СКФ как конкретного научного направления исследований еще лет десять назад не было, в то время как в Европе и США уже вовсю шли работы по “сверхкритике”. Отдельные работы по данной тематике велись в Троицке, Новосибирске, Москве, Ростове... Когда в прошлом году РНФ объявил конкурс на проведение фундаментальных и поисковых научных исследований вновь создаваемыми научной организацией и вузом совместными научными лабораториями, мы с группой коллег решили подать свой проект.
- Каковы его основные задачи?
- В рамках общей, впервые обозначенной в проекте проблемы взаимодействия СКФ с гетерофазными и пространственно-ограниченными системами предполагается разработать новые методы препаративной очистки от нежелательных примесей ряда важных активных физиологических субстанций природного и синтетического происхождения. А также повысить селективность и скорость процесса СКФ-экстракции для структурно близких химических соединений. Например, будут созданы с использованием скСО2 методы экстракции эфирных масел из эндемичных растений крымской флоры (лаванда, шалфей мускатный, кориандр, роза, мята, полынь таврическая, котовник), впервые получен и охарактеризован ряд уникальных образцов высокочистых СКФ-экстрактов.
Планируем получить несколько новых лекарственных форм известных и перспективных физиологически активных субстанций, обладающих повышенной биодоступностью. Впервые будут изучены закономерности и механизмы дрейфового внедрения в пространственно-ограниченные системы молекулярных соединений и нанообъектов с помощью СКФ-коллоидов... Результаты проекта помогут понять фундаментальные закономерности взаимодействия СКФ с динамическими гетерофазными и пространственно-ограниченными системами различной природы, а также приведут к скорейшему внедрению в практику новых СКФ-технологий.
- Как появились в проекте направления, связанные с флорой Крыма?
- Это не дань моде, мы проводим такую работу в Институте общей и неорганической химии им. Н.С.Курнакова РАН на базе эндемичных растений этого полуострова. Казалось бы, есть много способов традиционных экстракций, но у нас возник большой фундаментальный интерес к так называемой селективной сорбции: когда вы забираете из растения не все, что оно может отдать, а выстраиваете технологию, ориентированную на получение фракции с заданным узким составом. Кстати, не менее интересное место с точки зрения экстракций - Алтай.
- Будете вести там работы, аналогичные крымским?
- Не секрет, что для нашей страны проблема создания новых лекарственных препаратов - сверхважная. Именно этой теме была посвящена состоявшаяся научная сессия Общего собрания РАН. Взять антибиотики: их прием порой спасителен, но и чреват побочными эффектами, что связано с недостаточной очисткой препарата. Решить проблему можно, если вести синтез и очистку лекарственных средств в сверхкритическом диоксиде углерода. Что мы успешно и проводим. Нами был подан, прошел экспертизу и получил одобрение проект по Постановлению №218 Правительства РФ. Речь идет о создании производства на основе усовершенствованной СКФ-технологии по очистке противоастматического препарата Сальбутамол. Заказчик - фармацевтическая компания “Алтайвитамины”, среди соратников по проекту - Алтайский госуниверситет.
Технологическая схема такова: сейчас при производстве препарата используется “грязная”, неразделенная фармацевтическая смесь, с помощью сверхкритической флюидной хроматографии мы проведем ее разделение. Второй этап - создание мелкодисперсного порошка с размером частиц Сальбутамола от 2 до 5 микрометров, чтобы оседание этих частиц при вдыхании препарата происходило не в полости рта, а на бронхи - непосредственно в зоне желаемого воздействия. Завод весьма заинтересован, чтобы эта технология была масштабирована из лаборатории в производство. Наш продукт фактически готов. Его аналог есть на международном рынке, но он единичен и безумно дорог.
- Чего еще удалось достичь за время реализации проекта РНФ?
- Мы занимаемся фундаментальными исследованиями. Например, провести очистку и тем восстановить активность катализаторов, которые содержат платину, палладий, трудно. Впервые в МГУ выполнена работа (и уже прошла защита кандидатской диссертации) по регенерации гетерогенных катализаторов озоном, растворенным в сверхкритическом диоксиде углерода. Еще никто в мире этого не делал. Обычно озон при превышении определенных концентраций разлагается со взрывом, если же его растворить в сверхкритическом диоксиде, он устойчив продолжительное время и можно достичь его больших концентраций, ну, как изюма в булке. Равномерно распределенный в ее мякоти гораздо эффективнее, чем просто насыпанный слоем в тесто. Именно этот “изюм в булке” дает необходимую эффективность очистки и оживления дорогостоящих катализаторов (палладиевых или платиновых).
- Где возможно применение данной технологии?
- В первую очередь, при регенерации катализаторов в нефтехимии и нефтегазовой промышленности. Использование такой технологии открывает огромные возможности. А она - всего лишь небольшой “этюд” из деятельности нашей лаборатории. Что касается зарубежных аналогов, то пока с озоном никто не работал. Это - российская идея, рожденная в университетской лаборатории химического факультета. Как отметил принимавший участие в недавней VIII Научно-практической конференции “Сверхкритические флюиды: фундаментальные основы, технологии, инновации” британский профессор Мартин Полякофф из Ноттингемского университета, где над решением проблемы регенерации гетерогенных катализаторов работают давно, “за короткий период в России появилась область исследований сверхкритики со своим уникальным лицом и характером”. Не скрою, такое слушать приятно. И мы благодарны РНФ за поддержку нашего проекта.
- Реализация проекта идет без трудностей?
- Конечно, сложности есть, как без них... Одно из важных условий исполнения проекта по данному конкурсу - наличие софинансирования. В нашем случае сумма такого софинансирования - 8 миллионов рублей ежегодно. Найти в кризис столь доброго и понимающего бизнес-ангела, мягко говоря, непросто. Но мы, конечно, исполним все условия проекта. Софинансирование важно, в том числе, и для того, чтобы больше платить молодым специалистам, участвующим в работе. С гордостью хочу сказать, что у нас трудится очень много молодежи, поскольку темы - живые и подразумевают практический выход. Такое “софинансирование”, в виде конкретных молодых ученых, - эффективно не меньше, чем пожертвования... В рамках проекта планируем, что будут защищены не менее трех-четырех кандидатских диссертаций. Новых интересных данных, получаемых в ходе исполнения работ, - огромное количество, и все они достойны стать основой диссертационных защит.
- А как обстоят дела с публикацией полученных результатов?
- Тема серьезная и актуальная, но для нас она не является слабым местом, поскольку материалы проведенных исследований востребованы и легко принимаются к печати в высокорейтинговых зарубежных журналах. Но при этом мы считаем, что необходимо поддерживать и российскую научную публицистику. Потому часть результатов отдаем в российские издания. Сохранить отечественные научные журналы - долг каждого российского ученого.
- Много ли сил и времени уходит на подготовку отчетной документации по проекту?
- Здесь очень помогают научные семинары, которые мы проводим в последний четверг каждого месяца. Собираем всех представителей лабораторий на химфаке, слушаем несколько докладов о сделанном. Такой регулярный мониторинг хода исследований помогает при написании итоговых отчетов. На семинарах рождаются новые идеи и новые направления сотрудничества разных рабочих групп. В итоге у нас, уверен, получится хорошее портфолио технически разнообразных масштабных, многоплановых продуктов для самых разных областей промышленности: от фармы до радиоэлектроники и космоса. Может быть обеспечена высочайшая чистота самых разных веществ и препаратов, которые “реанимировать” иначе либо неэффективно, либо невозможно. Результатом работ станут и принципиально новые элементы технологий, которые сегодня пока вовсе не существуют.
