Как мы уже сообщали, с 12 по 16 октября в Казани состоялся V Международный симпозиум по супрамолекулярной химии. Думается, для многих наших читателей это словосочетание – супрамолекулярная химия – кажется чем-то абсолютно недоступным пониманию. Между тем в обозримом будущем данная отрасль химической науки может существенно изменить нашу жизнь. Приоткрыть завесу научной тайны, рассказать о том, что же изучает супрамолекулярная химия и как это может повлиять на окружающий мир, нам любезно согласился один из участников симпозиума, член-корреспондент Российской академии наук, заведующий кафедрой органической химии Химического института им. А.М.Бутлерова КГУ Игорь Антипин.

– Игорь Сергеевич, так что же такое супрамолекулярная химия?

– Это очень молодая наука, она зародилась в восьмидесятые годы прошлого столетия. Изучает она организацию молекул в пространстве. Поясню на простом примере. Возьмем обычное куриное яйцо и сварим его. Произойдет денатурация белка. Из сырого яйца может появиться жизнь, из вареного – нет. Хотя с точки зрения химической структуры, последовательности соединения атомов там ничего не поменялось. Произошло нарушение пространственной структуры – как располагаются молекулы. Вы представляете себе, что такое двойная спираль, скрученная ДНК? Так вот, если она развернется – молекулы останутся точно такими же, а прежних функций уже не будет. Все зависит от того, как молекулы в пространстве организованы. Одну и ту же молекулу можно, условно говоря, уложить в “ленточку”, а можно сложить в круг, и от того, как это сложится, будут очень сильно зависеть свойства материала. То есть одна и та же молекула может дать совершенно разные свойства.

– Насколько я понимаю, ученые, которые занимаются супрамолекулярной химией, не только изучают эти процессы, но и вмешиваются в них…

– Да, конечно, они пытаются конструировать новые вещества, новые свойства, которых, может, природа сама и не создала. Замечу, что природа функционирует именно на принципах супрамолекулярных взаимодействий. Причем настолько это там здорово “придумано”, просто удивляешься! В этом плане природа – неисчерпаемый источник идей для ученых, которые занимаются супрамолекулярной химией. Только там все строится на белках, а можно что-то смоделировать и на других системах, которые природа по каким-то причинам отбросила. Наша задача – принципы, отработанные природой, применить к тем веществам, которые она не выбрала в качестве строительных блоков для жизни. Как говорит видный казанский химик, признанный лидер супрамолекулярной химии в России Александр Иванович Коновалов, наша наука – это мост между живой и неживой природой. Супрамолекулярная химия, конечно, не создает новую жизнь, но получить материалы с уникальными свойствами – это в наших возможностях. Скажем, если вам нужен материал с высокой твердостью или с особыми магнитными свойствами – нужно взять молекулы и сложить их, скажем, в круг или в “лесенку”.

– Но что нужно, чтобы был не круг, а именно лесенка?

– Общих рекомендаций нет, это зависит от тех объектов, которые исследуются. Нужно понять, как природа заставляет молекулы друг за друга цепляться, каковы принципы так называемого молекулярного узнавания, как через это распознавание идет самоорганизация, при каких особенностях молекул будет возникать та или иная структура. И подобрать структуру компонентов так, чтобы благодаря межмолекулярным взаимодействиям они образовали лесенку.

– Сегодня очень много говорится о нанотехнологиях, которые позволят создать материалы с принципиально новыми свойствами. Получается, что супрамолекулярная химия и нанотехнологии связаны?

– Безусловно. Я недавно вернулся из Москвы, со II Международного форума по нанотехнологиям, и там как раз говорилось, что одним из инструментов создания наносистем является супрамолекулярная химия, а конкретнее – один из ее разделов – самоорганизация систем. Это свойство, присущее всем веществам. Мы вот сейчас с вами разговариваем, а в это время в нас уже образовалось несколько молекул ДНК. Мы с вами никаких усилий не прилагаем, мы не сдвигаем эти молекулы. И вся живая природа построена на самоорганизации.

Вы порезались – природа восстановит поврежденный участок. Сейчас на этом принципе уже работают так называемые smart material – умные материалы, которые позволяют то же самое делать с полимерами. Разорвался материал, зацепился за что-то, а потом сам возьмет и восстановится.

Почему так важен принцип самоорганизации? Нам нужно собирать наночастицы, которые обладают уникальными свойствами, но нанометр – это одна миллиардная доля метра, пальцами его не соберешь… Есть, конечно, различные инструменты, электронные микроскопы, которые позволяют перемещать молекулы. Но вы представляете, сколько времени нужно их двигать, если надо собрать даже 200 молекул? И ведь не любая молекула соединится с другой, а только при определенных условиях, молекулы должны себя “узнать”, чтобы соединиться таким способом, который нам требуется. Понимание принципов молекулярного распознавания позволяет нам добиваться того, чтобы молекулы сами складывались таким и только таким образом.

– Можно ли привести конкретные примеры прикладного применения супрамолекулярной химии?

– Сфера ее применения очень широка. Это и высокоселективные комплексообразователи, позволяющие выделять опасные компоненты, радионуклиды из природных вод, из окружающей среды. Это и промышленные технологии, где нужно разделение одних компонентов от других, это выделение драгоценных металлов из руд, ведь содержание их там очень низко, и нужна очень высокая селективность, чтобы выделять, например, только золото или платину.

Совершенно потрясающие эффекты – от применения супрамолекулярной химии в медицине. Например, создание селективных лекарственных препаратов или различных сенсорных систем, широко используемых в диагностике. Так называемые биочипы и химические чипы позволяют определять первые признаки ракового заболевания на такой стадии, когда никакие инструментальные методы его не видят. Опухоли еще нет, но появилась дефектная ДНК в системе. И задача – ее идентифицировать. Сегодня уже существуют методы, которые позволяют по анализу крови это обнаружить. И тогда нам не придется потом хирургически уничтожать место повреждения, а можно предварительно химически воспрепятствовать этому процессу.

– Это болезненно актуальная тема, а, по вашему прогнозу, когда эти технологии дойдут до потребителя?

– Эффективные тест-системы – уже действительность. Во многих передовых российских учреждениях их уже используют. Вы можете заказать тест, например, на рак молочной железы…

– Наверное, это дорого?

– Нет, как раз на нанофоруме презентовали такую систему – анализ стоит от 200 до 600 рублей.

– А в Казани это есть?

– Насчет Казани не знаю, но в принципе это есть, и я считаю, что нужно на таких тест-системах проводить массовую проверку населения, потому что количество раковых заболеваний растет просто катастрофически…

– Вы упомянули о новых селективных лекарствах…

– Дело в том, что большинство наших лекарств не отличаются высокой селективностью. Допустим, противораковый препарат – от него погибают не только раковые клетки, но и здоровые. Но понимание законов молекулярного распознавания позволяет целенаправленно отправить препарат в то место, которое поражено. Дело в том, что капилляры имеют размер порядка нескольких нанометров. В пораженных тканях они становятся широкими. А с помощью супрамолекулярных и нанотехнологических подходов можно собирать частицы самого разного размера. Нужно пять нанометров – соберем, нужно пятьдесят – пожалуйста. И если поместить уже хорошо зарекомендовавшее себя лекарство-“убийцу” в наночастицу, которая слишком велика для здоровых капилляров, но достаточно мала, чтобы пройти через пораженную ткань, – все, проблема решена! Вот вам один из простейших примеров нанотехнологий.

– Симпозиум по супрамолекулярной химии каждые два года проводится в Казани. Каково место казанской школы в этой науке?

– Казанская супрамолекулярная школа – одна из известнейших не только в России, но и в мире. К нам приезжают ведущие специалисты, в 2003 году у нас был и сам основатель данного научного направления, нобелевский лауреат француз Жан-Мари Лен. Мы с французскими исследователями, которые являются одними из лидеров в области супрамолекулярной химии, активно сотрудничаем. Существует европейское научное объединение SupraChem, я являюсь его координатором с российской стороны – не с казанской, а именно с российской. Это объединение сейчас получает все большую популярность, расширяется, теперь оно стало российско-украинско-французско-немецким. Наш земляк, академик РАН Александр Иванович Коновалов – один из крупнейших специалистов в области супрамолекулярной химии в России, он руководит в РАН программой, которая финансирует исследования в этой области.

В Казани пишется множество научных работ для самых серьезных и высокорейтинговых научных журналов. А на данном этапе казанская супрамолекулярная школа все ближе подходит к проблемам практического воплощения.