Лауреатами премии президента России в области науки и инноваций для молодых ученых за 2015 год стали химик Дмитрий Копчук (Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения РАН), биолог Екатерина Прошкина (Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН) и физик Владимир Стегайлов (Объединенный институт высоких температур РАН).

Размер каждой премии составляет 2,5 млн. рублей. 

«Российская газета» представила работы лауреатов. 

Кому нужен «электронный нос»

Сугубо фундаментальное исследование химика Дмитрия Копчука имеет прямой выход на борьбу с терроризмом. Речь идет об «электронном носе», который улавливает компоненты взрывчатых веществ, содержащих нитраты. Это, в частности, наиболее опасные и трудно выявляемые пластиковые боеприпасы с гексогеном и тринитротолуолом. 

Дмитрий Копчук:
«Мало кто знает, что в цене такого прибора львиная доля приходится вовсе не на сенсор взрывчатки, а на «электронную начинку». Дело в том, что тревожный сигнал от сенсора очень слабый. Его надо преобразовать и усилить. Для этого прибор приходится «начинять» целым каскадом электронных схем. Отсюда и сложность, и громоздкость, и цена «носа».

Дмитрий выбросил почти всю электронику. И тем не менее, прибор «унюхивает» террориста. «Изюминка» в особом составе сенсора и его оригинальной конструкции. Поймав «запах» взрывчатки, прибор посылает настолько мощный набат тревоги, что его почти не надо усиливать.

Отметим, что Копчук оказался настоящим универсалом. Помимо «электронного носа», он создал материалы, которые давно ждут в медицине для диагностики иммунитета. Суть анализа в том, что во взятой у пациента крови надо следить, как ведет себя конкретный белок. Чтобы его выделить из множества остальных, на белок навешивают специальный маячок. Это тандем из металла, который обладает яркой люминесценцией, и органического вещества, который может соединиться с изучаемым белком. В итоге ученые теперь могут следить, как ведет себя белок, а значит, ставить диагноз.

Как продлить жизнь вдвое

Екатерине Прошкиной нет еще и 30 лет, а уже автор 20 статей в международных журналах. Среди них особо выделяется вызвавшая шквал откликов публикация, как можно увеличить продолжительность жизни мухи дрозофиллы сразу на 70%. Что и понятно, проблема старения сегодня в мире одна из самых волнующих общество.

Екатерина Прошкина:
«В принципе, природа наделила каждое живое существо очень совершенным генетическим аппаратом. Ведь мы постоянно подвергается атакам внешней среды, скажем, из-за плохой экологии, различных стрессов и т.д. Эти атаки повреждают ДНК, но в наших клетках есть специальная система, которая устраняет эти сбои. Но с годами она изнашивается, и качество «ремонта» ухудшается. В итоге дефектов накапливается все больше, что понижает и качество ремонта. Повреждения начинают расти как снежный ком».

Екатерина предложила кардинально решать проблему: повысить активность генов, которые отвечают за восстановление ДНК. Как? Ученые встроили дрозофиле дополнительные копии восстановительных генов, по сути, увеличив число «ремонтников». И мухи стали не просто долгожителями, время их пребывания на Земле выросло почти вдвое. Причем оказалось, что активировать «ремонтные» гены надо начинать, что называется с молоком матери, чем раньше, тем лучше. Во всяком случае, именно такие мухи живут дольше всех.

Екатерина Прошкина:
«Замедлить старение можно, и не прибегая к генетическим вмешательствам. Оказалось, что в природе есть вещества, которые могут активировать защитные силы организма, действуя через гены восстановления ДНК. Например, это каротиноид из водорослей фукоксантин или кверцетин, вещество из плодов красного и бордового цвета. Продлить жизнь животным удавалось и с помощью известных лекарств, которые сейчас используются для лечения различных болезней. Например, в опытах на крысах хороший результат показал применяемый в небольших количествах препарат ибупрофен. Но, конечно, эти результаты не в коем случае нельзя автоматически переносить на человека, здесь требуются дополнительные исследования».

Как из атома попасть в суперкомпьютер

Доктор физико-математических наук Владимир Стегайлов работает на самом передовом крае современной науки. Ученый строит компьютерные модели из «жизни» атомов и электронов. Что само по себе кажется невероятным, ведь в одном кубическом миллиметре металла соседствуют и взаимодействуют сотни миллиардов атомов. Их надо каким-то образом загнать в уравнения, а потом обсчитать на компьютере. 

Владимир Стегайлов:
«Действительно, зная законы механики, ученые сумели рассчитать траектории тысяч небесных тел, планет, спутников, астероидов. Но у нас многие миллиарды «клиентов». Причем в отличие от небесных тел, атомы не подчиняются законам гравитации, здесь в игру вступает квантовая механика. Поэтому расчеты движения гигантского числа атомов усложняются многократно.
Мы провели квантовые расчеты поведения атомов урана, а в итоге удалось построить модель, как накапливаются дефекты в материалах ядерного реактора. Таким образом, сугубо квантовые задачи вышли на уровень инженерных расчетов».

Владимир с коллегами решил еще одну фундаментальную задачу, над которой давно бьются ученые многих стран. Она связана с самым тугоплавким в мире материалом, графитом. В ведущих лабораториях мира ставят самые изощренные эксперименты, чтобы ответить на один вопрос: какова температура плавления графита. Но результаты получаются разные. Одна из главных причин такого разнобоя – непонятна сама специфика этого материала, на которой можно было бы строить эксперимент.

Владимир построил компьютерную модель плавления, основанную на принципах квантовой механики. И выяснилось неожиданное: графит плавится в тысячу раз медленнее, чем любые металлы. Это уже наводка для будущих экспериментов, которые должны, наконец, поставить точку в многолетнем споре, назвать окончательную температуру плавления графита.