Из Сирии — с полимерами
Как научное любопытство привело инженера-химика Тарека Дайюба в Россию
Старший научный сотрудник лаборатории управляемых бионических систем Сеченовского университета приехал в Россию ради научной карьеры. С тех пор он успел поработать в нескольких университетах, запустить собственные исследования и стать частью команды, занимающейся разработкой бионических систем. Где нужны полимеры прочнее металла, чего ученые хотят от врачей и как совершить открытие при помощи обычной розетки?
Тарек Дайюб
Фото: из личного архива
Тарек Дайюб
Фото: из личного архива
Профессиональный путь Тарека Дайюба начался в Сирии, где он с детства проявлял интерес к науке в целом и материаловедению в частности. «Мир постоянно сталкивается с различными проблемами. И недостаточно просто понять, что проблема есть,— нужно понимать, какой надо получить результат, чтобы ее решить. А наука позволяет достичь этого результата,— рассказывает он.— И даже для ребенка важно видеть конечный результат и понимать, как его достичь. Химия же — один из основных столпов всей науки».
От теории к практике
Дайюб получил первое высшее образование в Сирии, где окончил в Хомском университете пятилетний бакалавриат по химической инженерии. Безупречная успеваемость дала ему возможность заниматься преподаванием, а также в перспективе продолжить образование в другой стране.
Воспользовался привилегиями Дайюб, впрочем, не сразу. Сначала он набрался практического опыта на заводе, занимающимся обработкой природного газа. Затем он все же вернулся в Хомский университет в качестве ассистента преподавателя и провел в этой должности полтора года.
Дайюб читал лекции о химических технологиях и полимерах, в частности. Тогда они и привлекли его внимание: хотя сегодня полимерные материалы распространены повсеместно — от детских игрушек до ракетной промышленности — их активное создание началось всего около полувека назад. Технологии создания полимеров за считаные десятилетия безвозвратно изменили научный и индустриальный ландшафт, однако еще многое предстояло исследовать и изобрести. Дайюб решил быть в числе тех, кто этим займется.
И он решился на зарубежное образование. Выбор стоял между разными странами, но он предпочел Россию.
«В России я видел больше возможностей для своего развития в качестве ученого, больше потенциала для профессионального роста и реализации научных идей»,— рассказывает ученый.
Полимеры против металла
Следующие шаги в направлении своей научной мечты он сделал в Воронежском государственном университете, где изучал химию, физику и механику материалов. А еще русский язык, чтобы беспрепятственно общаться с будущими коллегами.
В 2017 году с дипломом магистра с отличием Дайюб перебрался в Москву, в МИСИС, где начал обучение в аспирантуре под руководством Алексея Максимкина, тогда научного сотрудника Центра композиционных материалов, а сегодня заведующего лабораторией управляемых бионических систем Сеченовского университета.
Основным направлением исследований Дайюба были полимерные композиты, в первую очередь разработка и изучение высокопрочных полимеров на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ).
Ученому удалось разработать недорогие в производстве полимерные волокна и ленты из коммерчески доступных порошков (СВМПЭ), прочность которых достигала 1,5 ГПа — больше, чем у стали. В качестве одного из способов применения таких полимеров Дайюб видел в изготовлении полимерных костных имплантатов для замещения дефектов трубчатых костей. Ориентированные ленты выступали в качестве армирующего компонента и имитировали кортикальную костную ткань. Пористый полимер выступал в роли губчатой костной ткани и способствовал образованию новых тканей. Дайюбу удалось решить проблему соединения двух материалов с различной структурой в один имплантат, имитирующий трубчатую кость.
Еще одним важным исследованием, работа над которым началась в МИСИС, а затем продолжилась в Сеченовском университете, стало создание антифрикционных композитных полимеров, способных работать в условиях сухого трения (без смазки). Такие композиты можно наносить на жесткую подложку, например металлическую, для дальнейшего использования. Применять такую технологию можно во множестве отраслей: от создания подшипников скольжения до медицинских задач, включая производство износостойких эндопротезов — протезов с низким коэффициентом трения. Технология уже запатентована, однако до практического использования пока не дошла.
Хватит и розетки
В 2022 году Алексей Максимкин возглавил в Сеченовском университете лабораторию управляемых бионических систем и пригласил давнего коллегу присоединиться к команде. Начинали с нуля — все оборудование еще только предстояло закупить.
Однако это не стало помехой для Дайюба — для первых экспериментов в новой лаборатории ему хватило и обычной розетки.
Он начал работу над новым типом «искусственных мышц» — мягкими актуаторами из гидрогеля, способными сжиматься и растягиваться под действием переменного тока за счет управляемого испарения воды. Существовавшие ранее аналоги требовали постоянного напряжения, что осложняло их управление и ограничивало применение.
«Мы использовали поливиниловый спирт — доступный и безопасный материал,— объясняет ученый.— Все внимание мы сосредоточили на том, как заставить двигаться актуатор без сложных преобразователей тока. Оказалось, переменного тока вполне достаточно: он вызывает микровибрации и равномерный нагрев, за счет чего гидрогель меняет объем, а потом быстро восстанавливает форму».
По сути, электрический ток приводит к испарению влаги из гидрогеля, а когда тока нет, гидрогель возвращается в исходное состояние. Чтобы добиться нужного типа движения, Дайюб использовал армирующие сетки: спиральная позволяет актуатору растягиваться, а плетеная — сокращаться. Эту технологию ученые уже тоже запатентовали. Такая система имитирует движение мышц человека и имеет высокий потенциал в бионике и медицине, включая создание имплантатов, замещающих утраченные части мышц: исследователи добились того, чтобы актуаторы работали даже при низком напряжении, безопасном для человека. Теперь исследователи ждут конкретных запросов от врачей: чтобы понимать, как развивать технологию дальше, нужно иметь представление, в чем именно нуждаются клиники.
В ожидании коллабораций работа не останавливается. Сейчас Дайюб работает над новым типом умных имплантируемых систем доставки лекарственных препаратов. Сейчас для инъекций нередко требуется посещение врача, а носимые системы громоздки и ограничивают повседневную жизнь пациента. Миниатюрные беспроводные устройства на основе электроактивных актуаторов, в заданном режиме высвобождающих лекарство, могли бы решить эту проблему.
Жесткий ритм, гибкие границы
Если в плотном рабочем графике удается выкроить пару свободных часов, Дайюб предпочитает проводить их за прогулкой или чтением. Первое позволяет проветрить голову, а второе — познакомиться с культурой разных стран.
«Работа занимает очень много времени, и на досуг его практически не остается,— признается ученый.— Но я не жалуюсь: все, чем я занимаюсь, мне очень интересно».
Сейчас, спустя три года, лаборатория управляемых бионических систем оснащена эксклюзивным оборудованием, изготовленным на заказ по запросам исследователей. Дайюб сомневается, что смог бы получить такую приборную базу где-то еще.
«В Сирии очень качественное фундаментальное образование. Но если говорить о прикладной науке, то в России она на данный момент развита лучше, есть больше возможностей получить финансирование, поддержку»,— говорит он.
Но не меньшую роль в работе играет и отношение непосредственного руководства, а с Максимкиным у Дайюба сложился отличный профессиональный тандем. «Алексей поддерживает многие мои идеи, но, даже если он с ними не согласен, он не требует, чтобы я отказался от исследования,— делится ученый.— Он говорит: попробуй, посмотрим, будет ли результат. И, как показывает практика, обычно результат есть».
Подготовлено при поддержке Сеченовского университета