«Среди нас ученый!» — интервью с Кириллом Рогачевым

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

Кирилл Рогачев

О пути в науку

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

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

Будучи увлеченным электроникой, Кирилл поступил на программу бакалавриата «Микросистемная техника» в Санкт-Петербурге, где узнал о производстве различных материалов. Его заинтересовала прикладная физика, позволяющая применять научные законы в реальной жизни, поэтому по окончании вуза он поступил в магистратуру ДВФУ:

«Я выбрал ДВФУ, потому что, во-первых, здесь есть "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 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 и 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 также 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 интересные объекты. 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 Ом. 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 восьми образцов: какие-то из них не показывали вообще никаких результатов, какие-то показывали неадекватные значения. И вот когда у тебя получается девятый образец с тем эффектом, который должен был произойти, ты просто говоришь: "О! Ура! Наконец-то!"».

О том, где были представлены результаты исследований

Каждый ученый стремится 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 два-три образца. Будем писать научную статью по анализу магнитных свойств нанопружин. Предполагается, что эта статья будет высокого уровня: таких в нашей лаборатории всего несколько 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 — нанопроволок и нанотрубок. У меня есть несколько интересных идей, но их нужно получше проработать и посмотреть, есть ли вообще в них смысл».

Пресс-служба ДВФУ,
press@dvfu.ru