«В нашей лаборатории было шесть россиян из 20 сотрудников»

Долгопрудненская смесь французского с нижегородским

Глеб Целиков

Mitchell Anderson/Flickr/МФТИ/Indicator.Ru

Как используют короткоимпульсные лазеры на Лазурном берегу, в чем для французского ученого заключается «искусство жить» и какие возможности открывают двумерные материалы, в своей колонке для Indicator.Ru рассказал старший научный сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ Глеб Целиков.

По следам Ландау

Я родом из небольшого, но известного города Саров. В нем создавались первые ядерные бомбы нашей страны. Там много школ и лицеев, которые готовят ребят к поступлению в ведущие университеты на физико-математические направления. Когда в 2004 году пришло время выбирать вуз, я решил пойти по стопам отца и поступить на физический факультет МГУ. В 2010 году продолжил обучение в аспирантуре физфака с профессором Виктором Тимошенко. Под его руководством я занимался оптическими свойствами квантовых точек. Это такие наноразмерные полупроводники, которые проявляют очень интересные оптические свойства. Частички излучают свет разных цветов, в зависимости от своего размера. За счет очень высокой эффективности свечения, они хорошо подходят для светоизлучающих устройств — светодиодов, лазеров и других. Например, сейчас одна известная южнокорейская компания рекламирует телевизоры, в которых роль светоизлучающих устройств играют как раз светодиоды на основе квантовых точек.

В 2013 году я закончил обучение в аспирантуре, защитился и два года работал в Курчатовском институте уже над другими проектами. Один из них был посвящен мемристорам — это элементы новой электроники, которые могут быть использованы в качестве элементов энергонезависимой памяти, а также нейроморфных систем, работающих по аналогии с мозгом. Через два года я стал искать пути дальнейшего развития. Мой первый научный руководитель посоветовал лабораторию в Университете Марселя, в которой работал его коллега, профессор Андрей Кабашин. В сентябре 2015 года я переехал в Марсель. Город находится на юге Франции, это Прованс — очень красивое место, кампус называется Люмини. Интересно, что до переезда я читал книгу Исаака Халатникова «Дау, Кентавр и другие» про Льва Ландау — одного из отцов-основателей Физтеха. В ней был отрывок про то, как они поехали на конференцию во Францию в 1970-ых годах и вместо Парижа попали в марсельский кампус Люмини. Халатников вспоминал его как серое гетто на задворках города. Сейчас это прекрасный кампус, который располагается в национальном парке с выходом к морю. Там находятся здания университета, вся социальная инфраструктура и лаборатория LP-3 (Lasers, Plasmas et Procédés Photoniques), в которую я попал.

В лаборатории у нас была международная группа — много ребят из Индии, Китая, России и других стран. В один период было шесть россиян из 20 сотрудников, французы удивлялись такому соотношению. В организации научной работы мне нравилось проведение еженедельных семинаров, на которых собирались кафедры и обсуждали новые статьи, идеи. Раз в год проходило интересное мероприятие — лыжный семинар. Вся лаборатория выезжала кататься на лыжах, общаться и обсуждать научные результаты.

Ритм жизни, рабочий и учебный процессы во Франции совершенно отличаются от российских. Там есть такое понятие, как art de vivre — «искусство жить». Это когда ты можешь наслаждаться жизнью, выполнять свои рабочие обязанности, приносить пользу себе и государству, при этом сохраняя баланс между всеми сферами жизни. Перерывы сотрудники стараются максимально использовать для отдыха, а в рабочее время они максимально продуктивны.

Наночастицы по-французски

Лаборатория концентрируется на мощных и короткоимпульсных лазерах — фемтосекундных, аттосекундных. В прошлом году (2019 - Indicator.Ru) Нобелевскую премию получила международная группа, в составе которой был Жерар Муру. Он тесно сотрудничал с лабораторией, а наш заместитель директора Марк Сентис был представителем французского агентства по науке на церемонии вручения премии.

Коротковолновые лазеры можно применять в самых разнообразных областях — от модификации и обработки материалов до хирургии глаза, так как время реакции тканей больше, чем длительность импульса лазера. С помощью них можно производить наночастицы — этому был посвящен один из моих проектов. За основу можно брать разные материалы, в том числе биосовместимые, как кремний, серебро и золото. Такие частицы отлично подходят для тераностики — объединения диагностики и терапии. Например,с помощью наночастиц мы не только можем визуализировать опухоль в организме, но и направлено разрушить. Наночастицы кремния или золота хорошо нагреваются под воздействием оптического или ультразвукового излучения. После введения в организм они некоторое время циркулируют в кровотоке и собираются вокруг опухоли. В этом месте сосуды очень хрупкие, поэтому наночастицы легко проникают через поры. Это скопление мы можем нагреть лазером определенной волны и разрушить опухоль. Такой способ поможет в ситуации, когда времени циркулирования химических или радиоактивных препаратов недостаточно для терапии из-за их выведения из организма или накопления в щитовидной железе. Препараты можно присоединить к наночастицам в процессе циркуляции, чтобы они адресно накапливались в опухоли и доставляли лекарства.

Для производства наночастиц материал-основу погружают в воду или органические растворители. На эту мишень действует лазер, свет поглощается, происходят различные трансформации — генерация плазмы, ее остывание, обмен энергией с окружением и так далее. В результате в жидкости образуются небольшие кластеры вещества, которые затем собираются в наночастицы нужного размера. Мы работали с биологами и медиками, которые их тестировали. В том числе, в рамках проекта по лечению глиобластомы — рака мозга. Сложность лечения этой опухоли заключается в том, что между головным и спинным мозгом есть гематоэнцефалический барьер, который очень сложно преодолеть веществам. Наночастицы способны проникнуть сквозь него под воздействием направленного ультразвукового излучения и доставить лекарство, также их можно локально нагреть лазером, чтобы уничтожить опухоль. После этого наночастицы могут легко покинуть мозг. Эффективность этого способа лечения глиобластомы была показана на крысах и мышах.

В рамках другого проекта мы разрабатывали компактные оптические сенсоры на основе упорядоченных массивов золотых наночастиц для детектирования разного рода болезней. Сейчас в МФТИ я делаю подобный сенсор на основе гибрида золотых частиц и двумерных материалов — графена, диоксида графена, дисульфида молибдена. Покрытие детектора двумерными материалами позволит значительно повысить его чувствительность. С помощью этого подхода можно будет решить задачу по детектированию адсорбции одиночной молекулы к поверхности гибридного сенсора. Существующие коммерческие детекторы на это неспособны.

Курс на самостоятельность

Работа постдока подразумевает выполнение определенного перечня обязанностей, которые задает руководитель, и выходить за эти рамки нежелательно. Мне хотелось развивать какие-то свои проекты, поэтому я начал искать другие варианты для продолжения карьеры. Съездил в одну лабораторию в Италии, успешно прошел собеседование. Но несмотря на хорошие условия работы, там был временный контракт без возможностей дальнейшего развития. В этот же период я приехал в Россию и встретился с моим научным руководителем. Он мне рассказал о программе 5-100, в рамках которой МФТИ проводит конкурс по отбору ученых с международным опытом работы, и посоветовал подать заявку в лабораторию нанооптики и плазмоники. Я встретился с руководителем Алексеем Арсениным и старшим научным сотрудником Сергеем Новиковым на Физтехе. Увидел лабораторию, оборудование и оценил перспективы научного роста.

В России сейчас, по сравнению с Европой, шире возможности для ученых в плане финансов, конкурсов и грантов. Постоянную позицию ученому в Европе получить очень сложно — в Марселе конкурс составляет примерно 50 человек на место. Гранты распределяют узкие сообщества и чтобы их получить, нужно иметь знакомства в жюри.

Еще одним аргументом в пользу Физтеха стало то, что лаборатория находится в кампусе, то есть наука состоит в тесной связке с образованием. Можно взаимодействовать с талантливыми студентами и аспирантами, задействовать их в исследованиях и передавать свои знания. Крупные научные проекты сложно вести в одиночку — нужна большая команда, чтобы проводить измерения в разных областях. В Европе ученый работает более обособленно, занимается только своей тематикой и ему сложно вывести хорошие идеи за рамки проекта.

Устроившись в лабораторию нанооптики и плазмоники, я понял, что университет развивается, здесь есть все необходимое для реализации научных проектов — свобода для творчества, хорошее оборудование и тематика двумерных материалов сейчас в топе исследований. Сразу решил попробовать свои силы в «молодежном» конкурсе Президентской программы исследовательских проектов РНФ и получил грант на два года для разработки гибридного биосенсора на основе двумерных материалов.

Автор: Глеб Целиков