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?

От теории к практике

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».

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, занимающемся 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 считанные десятилетия безвозвратно изменили научный и индустриальный ландшафт, однако еще многое предстояло исследовать и изобрести. И Дайюб решил быть в числе тех, кто этим займется.

В итоге он решился на зарубежное образование. Выбор стоял между разными странами, и 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-м 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 и 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. — Всё 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 имплантов, 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, 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».