«Среди нас ученый!» — интервью с Кириллом Рогачевым

Мы побеседовали с выпускником магистратуры ДВФУ по направлению «Прикладная физика» Кириллом Рогачевым и узнали о том, как он стал ученым, что исследует и чем будет заниматься в будущем.

О пути в науку

В школьные годы Кирилл интересовался компьютерами и их составляющими, однако его любопытство выходил за рамки обывательского:

Я увлекался компьютерами, но не на уровне игр или сборки. Мне было интересно их устройство, архитектуры центральных процессоров, процессоров видеокарт.

Будучи увлеченным электроникой, Кирилл поступил на бакалавриат по направлению «Микросистемная техника» в Санкт-Петербурге, где в рамках образовательной программы узнал о производстве различных материалов. Его заинтересовала прикладная физика, позволяющая применять научные законы в реальной жизни, потому после окончания бакалавриата он поступил в магистратуру ДВФУ:

Я выбрал ДВФУ, потому что, во-первых, здесь есть направление «Прикладная физика», а во-вторых — у университета очень серьезная техническая база: много дорогих высококлассных установок, которых в Питере практически нет. В ДВФУ все, что нужно, находится в одном месте.

В ДВФУ на «Прикладной физике» занимаются преимущественно магнетизмом и магнитными материалами, поэтому Кирилл начал и продолжает погружаться в изучение микромагнитных свойств материалов. По словам ученого, ему кажется скучным «наука ради науки»: понимая важность фундаментальных исследований, Кирилл все же сфокусирован на прикладной части, изобретении и применении чего-то нового и полезного.

Кое-что не совсем новое, но очень полезное стало объектом исследования Кирилла. Речь идет о нанопружинах, позволяющих доставлять лекарства в организм человека и точечно лечить онкологические заболевания.

Нанопружины были разработаны в Корее, а наши ученые продолжили изучение их свойств. Научный руководитель Кирилла отправил ему свою научную статью, заинтересовав ученого:

Вообще нанопружины сделали корейцы, причем создать такие структуры у них получилось почти случайно. Мое знакомство с нанопружинами получилось интересным: у моего научного руководителя был достаточно старый материал, который лежал с 2018 года. Он скинул мне свою статью и сказал: «Посмотри, что там интересного».

О том, как работают нанообъекты при лечении онкозаболеваний

Не только нанопружины, но и другие нанообъекты (нанопроволоки и нанотрубки) используются в медицине. Изначально наночастицы применялись в медицинской физике в качестве контрастирующего агента при МРТ-исследованиях. Они взаимодействуют с магнитным полем, позволяя врачу, проводящему исследование, увидеть области, на которые следует обратить внимание. С течением времени таким же образом начали применять нанотрубки и нанопроволоки, а позднее их стали использовать для доставки лекарств в организм человека:

В терапии раковых заболеваний используются лекарства, способные навредить организму, если заденут здоровые области. Чтобы минимизировать вред, их наносят на поверхность нанообъектов, покрывая сверху защитным слоем, чтобы препараты не взаимодействовали с «чистыми» участками. При помощи магнитного поля врачи отправляют нанообъекты, покрытые лекарством, к очагу заболевания, после чего переменное магнитное поле нагревает их. От нагрева рушится защитный слой, высвобождая лекарство в нужной области. Таким образом происходит локализация действия препарата именно в том месте, на которое он должен оказать влияние.

Нанообъекты могут выступать не только «курьерами», но и своеобразными лекарственными средствами. В некоторых случаях их отправляют к раковой опухоли и нагревают в переменном магнитном поле. От высокой температуры опухоль термически уничтожается. Такой подход является одним из самых эффективных в лечении онкологии.

Существует также метод доставки радиоактивных наночастиц: они также нагреваются в переменном магнитном поле, но при этом облучают опухоль радиацией. При таком подходе используются радиоактивные вещества, период полураспада которых составляет несколько дней, а проникающая способность излучения — крайне мала.

Помимо этого, нанообъекты могут быть использованы в качестве катализаторов:

На эту тему есть теоретические статьи, практических исследований я пока не встречал. Здесь мы так же локализуем объекты с помощью магнитного поля, берем лекарственный препарат, для эффективного взаимодействия которого нужен катализатор, к примеру платина. При таком подходе мы используем сегментированные магнитные нанопроволки, в которых определенную часть занимает катализатор. Таким образом мы можем поместить нанообъекты в область, на которую хотим воздействовать, и при помощи катализатора ускорить реакцию, тем самым увеличив влияние препарата.

О нанопружинах и способах их применения

Нанопружины имеют ряд отличий по сравнению с другими нанообъектами:

Нанопружины – еще более интересный объект. Они могут растягиваться под действием магнитного поля. За счет этого мы можем проводить не только термическую терапию раковых опухолей, но и чисто физическую, разрывая их. У пружины большая площадь поверхности, за счет чего мы можем, к примеру, поместить больше катализатора на нее.

Пружины показывают лучшие скоростные результаты в магнитном поле: они двигаются быстрее и закручиваются, благодаря чему раковая терапия ускоряется, повышается ее эффективность. В доставке лекарств нанопружины могут быть использованы как и остальные объекты, за исключением того, что в переменном магнитном поле они не нагреваются, а растягиваются, ломая защитную оболочку и позволяя лекарству поступить наружу.

Кроме медицины, нанопружины применяются в спинтронике, электронике, основанной на «спинах»:

У каждого электрона есть свой «спин». В обычной электронике, если мы говорим о хранении памяти, присутствие электрического заряда обозначается единицей, а отсутствие нулем. В спинтронике (магнитной памяти) у объекта или домена они обозначаются направлением «спина»: направлен в сторону — единица, вниз – ноль. Нанопружины можно использовать в спинтронике в качестве элементов записи. Уже есть примеры, правда некоммерческие, использования нанопроволоки в процессе записи магнитной памяти. нанопружина — по сути та же нанопроволока, но закрученная по спирали. Таким образом, эффективная длина пружины оказывается в разы больше, за счет чего повышается плотность записи информации.

Еще одно применение нанопружины получили в качестве датчиков магнитного поля:

Так как это металл, ферромагнетик, то его сопротивление меняется в зависимости от приложенного магнитного поля, причем не только от его напряженности, но и от направления. Происходят различные процессы и сопротивление может изменяться от 1 до 20 процентов: было 20 Ом стало 24 Ома. Такое изменение легко зарегистрировать и определить с помощью него направление магнитного поля. Сейчас мы изучаем такое применение нанопружин.

Об эмоциях от удачного исследования

Кирилл поделился с нами тем, что испытывает, когда его труд и труд его коллег дает плоды:

На самом деле, когда эксперимент удается, ощущается очень большая радость. Мы сейчас измеряем изменение сопротивления нанопружин в магнитном поле, и проблема в том, что это сложно, потому что нанопружина в длину в лучшем случае 14 микрометров, а в диаметре — 200-250 нанометров. Это очень малые размеры. Чтобы провести замеры нужны какие-то контакты. Эти контакты нужно нанести и попасть на такую маленькую структуру. Мы потратили два или три месяца на замеры 8 образцов: какие то из них не показывали вообще никаких результатов, какие-то показывали неадекватные значения. И вот, когда у тебя получается 9 образец с тем эффектом, который должен был произойти, ты просто говоришь: «О! Ура! Наконец-то!».

О том, где были представлены результаты исследований

Каждый ученый стремиться показать окружающим результаты своей работы. Результаты исследований Кирилла и других ученых-физиков по нанопружинам уже были представлены на научных конференциях, но на этом специалисты не останавливаются:

Исследования нанопружин продолжаются. Мы представляли их на международной конференции ASCO-NANOMAT, которая проходила в 2021 году в ДВФУ, представляли на региональной конференции в нашем университете, будем представлять на конференции EASTMAG-2022 в Казани. Кроме того, мой диплом был связан с нанопружинами. Мы продолжаем исследования, и я надеюсь, что получится измерить предстоящие 2-3 образца. Будем писать научную статью по анализу магнитных свойств нанопружин. Предполагается, что эта статья будет высокого уровня —таких в нашей лаборатории всего пара штук.

О планах на будущее

Кирилл планирует и дальше заниматься изучением нанообъектов, но уже в аспирантуре ДВФУ:

Я планирую закончить изучение нанопружин и перейти к исследованиям одномерных наноструктур — нанопроволоки и нанотрубки). У меня есть несколько интересных идей, но их нужно получше проработать и посмотреть, есть ли вообще в них смысл.

Дальше — больше

На этом мы завершаем рассказ о Кирилле и его исследованиях. Однако это далеко не конец — вас ждет еще больше интервью с учеными ДВФУ. Следите за постами в паблике, так вы не пропустите следующие материалы о наших студентах и их разработках.