Если математика — это королева наук, то химия — как минимум принцесса! Сегодня она — связующее звено для всех отраслей: от строительства до космоса, от легкой и пищевой промышленности до фармацевтики.
Главный друг химии сейчас — медицина. В начале XXI века основные усилия химиков с мировым именем сосредоточились на продлении жизни людей и повышении ее качества.
Так, в 2001 году Нобелевские премии в области химии вручали за создание катализаторов окислительно-восстановительных реакций. Они используются в промышленном синтезе новых лекарств и биологически активных добавок (БАД). В 2003 году «нобелевку» по химии вручили за открытие каналов в клеточных мембранах.
— Ученые выяснили, как вода и соли попадают внутрь клеток нашего организма и как после переработки оттуда выводятся, — рассказывает кандидат химических наук Денис Елатомцев. — Благодаря этому открытию удалось серьезно продвинуться в лечения болезней почек, сердца, мускулов и периферической нервной системы.
Летучий поезд и бесшумный автомобиль
В неорганической химии одно из самых модных направлений — левитационный транспорт на магнитной подушке.
— Думаю, в ближайшее время в этой области и будет наблюдаться настоящий прорыв, — считает научный руководитель химического факультета МГУ имени Ломоносова Степан Калмыков. — В Китае поезд на магнитной подушке разогнался до 600 километров в час. Это пока демонстрационный образец, и он с точки зрения энергозатрат нерентабелен. Но в ближайшие годы ожидается прорыв в области сверхпроводников, которые используются как раз для таких сфер — левитация, уменьшение трения, сопротивления. Так что, возможно, такой поезд скоро станет рентабельным.
Урбанист Григорий Мельник пояснил, что сейчас весь мир ждет другого научного прорыва химиков — создания принципиально нового аккумулятора для электрического транспорта. Начало ХХI века подарило нам массовый, серийного выпуска электромобиль — почти бесшумный, с нулевыми выхлопами. Это то, что так необходимо нашим городам, страдающим от шума и смога. Проблема в том, что электромобили, даже те, что выпускает Илон Маск, несовершенны. Во-первых, у них относительно маленький пробег, после которого следует заряжаться. Во-вторых, их трудно эксплуатировать в холодном климате — например, московском. В-третьих, не очень понятно, как утилизировать аккумуляторы. Таким образом, одна из задач химиков — создать принципиально новую «батарейку» для электромобиля: компактную, легкую и, главное, с куда большей емкостью, — рассуждает эксперт. — Победа над традиционным двигателем внутреннего сгорания, вытеснение его электродвигателем могут принести огромную пользу экологии Земли и, как следствие, здоровью всего человечества. Дело за химиками.
Лечить правильно
Сейчас химики активнейше занимаются проектированием новых лекарств.
— Главный тренд в этом направлении — адресная доставка необходимых веществ, — рассказывает Степан Калмыков. — В моей специальности, радиохимии, задача состоит в том, чтобы найти биологическую молекулу, которая в организме отличает больные органы или ткани от здоровых и накапливается именно в них. К этой молекуле разными химическими способами — например ковалентной связью — «пришиваются» радиоактивные атомы. Они накапливаются в нужных нам тканях, и затем по излучению мы можем сделать точную молекулярную визуализацию. А это значит, что по излучению мы понимаем, что есть какая-то патология. Затем ее обрисовываем и после уже можем подобрать терапию.
Как пояснил эксперт, кроме онкологии эти методы применяются в ранней диагностике и прогнозировании течения сердечно-сосудистых заболеваний. А они, на минуточку, основная причина смерти людей. Кроме того, химики научились определять нейродегенеративные заболевания.
— Еще за 10–20 лет мы способны предсказать склонность к болезни Паркинсона у пациентов, не имеющих никаких клинических проявлений, — рассказывает Степан Калмыков. — И это очень важно.
Ведь, как правило, пациент приходит в клинику тогда, когда уже есть явные внешние проявления болезни, когда уже трудно лечить, когда речь идет уже о том, чтобы только затормозить процесс, а вероятность полного излечения существенно меньше.
Методы ранней диагностики, которые изобрели химики, делают ее более простой и вполне доступной для массовых скринингов.
В Америке это уже огромный бизнес.
— В этой сфере крутятся огромные деньги! Только в радиационной медицине в США проводится около 20 миллионов диагностических процедур ежегодно! Они фактически стали уже рутиной, стандартным обследованием, помогающим оценить предрасположенность к заболеванию или, по крайней мере, увидеть болезнь на начальных этапах ее развития, — рассказывает ученый. — Сейчас диагностические процедуры — это около 90 процентов рынка радиационной медицины. И этот рынок набирает обороты.
Как пояснил эксперт, сердечно-сосудистые заболевания химики диагностируют так.
Радионуклид рубидий-82, использующийся в диагностических целях, вводится в составе очень простой химической формулы. Рубидий проникает в клетки кровеносной системы благодаря молекулярным клеточным насосам.
Всего за две с половиной минуты врачи могут увидеть работу миокарда и любые другие части кровеносной системы в динамике — например, в спокойном состоянии и в движении. Вот так химия спасает наше здоровье и жизнь!
ДИТЯ УРБАНИЗАЦИИ
Одно из самых перспективных направлений в химии — создание экологичного и экономичного дома. Например, идут поиски материалов для стен, которые могли бы вместо кондиционеров регулировать температуру в помещении. В жаркую погоду за счет тех или иных химических процессов они бы высвобождали холод и поглощали тепло, а в холодную погоду — наоборот. Крупные энергетические компании России уже заинтересовались подобными исследованиями. Пока они на стадии фундаментальных разработок.
Суть их в том, что тестируются материалы, у которых фазовые переходы (кристаллизация, плавление, конденсация) осуществляются при сезонных колебаниях температур. И эти фазовые переходы сопровождаются, соответственно, либо поглощением тепла, либо, на оборот, его эмиссией, то есть отдачей. Иными словами, материалы «замерзают» и «плавятся», и в ходе этого процесса берут или отдают свое тепло. Хотя физически, конечно, стена не плавится. Ведь речь идет о композитных материалах, в поры которых добавлены вещества, способные к терморегуляции. Если подобные стены появятся, то человечество сможет экономить очень много тепла.
