Квантові точки в хімії, атосекундна фізика, молекули РНК, а ще — висловлення невимовного в літературі, боротьба за права жінок в Ірані та дослідження гендерного розриву на ринку праці — цьогоріч Нобелівський комітет відзначив розмай відкриттів і досягнень у науці та миротворчості. 

У попередньому матеріалі разом із експертами і експертками розповідали про нагороди з літератури, фізики та миротворчості, сьогодні ж — з хімії, фізіології або медицини та економіки. Гайда розбиратися!

Про квантові точки та QLED-екрани: «Нобелівка» з хімії

Премію в галузі хімії Нобелівський комітет присудив трьом науковцям: Мунгі Бавенді, Луїсу Брюсу та Олексію Єкімову. Усі переможці представляють США: Массачусетський технологічний інститут, Колумбійський університет і компанію «Nanocrystals Technology Inc.» відповідно. Їхнє відкриття — синтез наночастинок, які називають квантовими точками.

Мунгі Бавенді. Джерело фотографії: MIT Department of Chemistry

Обговоримо внесок цьогорічних лауреатів у розвиток хімії з Олександром Толстовим — завідувачем відділу полімерних композитів Інституту хімії високомолекулярних сполук НАН України, методистом лабораторії хіміко-біологічних наук НЦ «МАНУ». 

Важливість відкриття, за яке цьогоріч ушанували «Нобелівкою» з хімії, експерт пояснює так: вчені на практиці показали, що розміри частинок матеріалів можуть впливати на їхні властивості. Зокрема, це добре ілюструє явище люмінесценції: різні за розміром частинки того самого матеріалу випромінюють світло різного кольору. 

За словами Олександра, особливо яскраво це відбувається, коли розміри частинок матеріалу сягають рівня від декількох десятків до декількох сотень атомів у кожній. У такому разі йдеться саме про квантові точки. І що ближчі ці частинки одна до одної за розмірами, то яскравіше проявляються певні властивості матеріалів. 

«Крім люмінесцентних властивостей, розміри частинок впливають на температуру плавлення матеріалу, а також на реакцію на зовнішні чинники, як-от електричне чи магнітне поле», — пояснює експерт. 

Відтак Олександр розтлумачив, де застосовують можливості квантових точок. Коли вчені з’ясували, що той самий матеріал може випромінювати різні кольори, то вирішили робити на основі квантових точок світлові інформаційні панелі, зокрема екрани наших гаджетів. У пристроях, якими зараз користується більшість людей, екрани передають забарвлення завдяки діодам трьох кольорів: червоного, синього й зеленого. Усі вони створені з різних матеріалів і за різними технологіями, а це ускладнює виробництво. 

Луїс Брюс. Джерело фотографії: Columbia University

«Можливість створити діоди різних кольорів з одного й того самого матеріалу та використати його в набагато меншій кількості — це справжня революція з погляду економіки та виробництва. Вже відомі такі QLED-екрани — світловипромінювальні діодні панелі на основі квантових точок. Їх поки застосовують у дорогих пристроях, і вони показують дуже гарні результати», — ділиться Олександр.

Експерт також розповів про застосування квантових точок у сенсориці. Оскільки вони вкрай легко та наочно вступають у хімічні реакції, за участю цих частинок можна дуже швидко ідентифікувати різноманітні хімічні речовини, як-от наркотичні засоби, токсичні речовини, отрути тощо.

Також квантові точки мають перспективи в медичній галузі. Ці дрібні частинки матеріалів надзвичайно хімічно активні, тому їх легко можна приєднати до окремих біологічних молекул чи певних структур у живих клітинах. Це допоможе побачити, як функціонують ці структури чи молекули. 

«Крім того, на основі квантових точок теоретично можна розробити метод лікування раку. Для цього треба ввести квантові точки в пухлинні клітини, а за допомогою електромагнітного опромінення ініціювати розігрівання або руйнування квантових точок. Цей процес викличе загибель пухлинних клітин. Нині це перспективний шлях боротьби з раком. Крім того, він менш шкідливий, ніж традиційна хімієтерапія», — пояснює експерт. 

Є й інші варіанти застосування квантових точок. Приміром, за словами Олександра, їх можна використати як каталізатори (пришвидшувачі — прим. ред.) хімічних процесів. Тут перевага буде в тому, що для прискорення реакцій знадобиться дуже мало матеріалу. 

Олексій Єкімов. Джерело світлини: The New York Times

І насамкінець експерт розповів, як ця галузь розвивається в Україні. В Академії наук, у відділенні хімії, активно досліджують цей напрям, як і в наукових осередках деяких українських вишів. 

«Способи одержання квантових точок уже відомі, і вони не такі складні, аби їх не можна було застосувати в наших умовах. Набагато складніше та цікавіше вивчати отримані зразки. Наприклад, застосовувати певні інструменти, щоб дослідити, чи частинки достатньо близькі одна до одної за розміром. Або вивчати, яку ще користь людині можуть принести різноманітні речовини у вигляді квантових точок», — розповідає науковець. 

Методики синтезу квантових точок застосовували й у Малій академії наук. Щоправда, найсучасніші методи вимагають багато часу та специфічних умов. 

Олександр пояснює: «Для школярів кілька годин на експеримент — це довго. Але яскравий дослід можна провести й швидше, простішими методами. Наприклад, ми з учнями на основі квантових точок створювали прозорі розчини, які в разі опромінення ультрафіолетом світяться різними кольорами. Такі видовищні експерименти надихають дітей надалі займатися хімією, та й загалом наукою».

Про мРНК-вакцину проти ковіду: «Нобелівка» з фізіології або медицини

Каталін Каріко і Дрю Вайсман. Джерело світлини: University of Pennsylvania

Цьогорічну Нобелівську премію з фізіології або медицини отримали угорсько-американська вчена-біохімікиня Каталін Каріко та американський імунолог Дрю Вайсман. Їх ушанували «за відкриття, що стосується модифікацій нуклеозидних основ, які дозволили розробити ефективні мРНК-вакцини проти COVID-19». Завдяки напрацюванням учених вдалося надшвидко розробити вакцини від коронавірусу ще на початку пандемії, у 2020 році.

Pfizer i Moderna — саме ці вакцини розробили за результатами досліджень цьогорічних лауреатів «Нобелівки». Ці препарати використовували і в Україні. А загалом щеплення отримали мільйони людей в усьому світі. На розробляння вакцин пішло лише 7–8 місяців. Попри це вони виявилися ефективними та безпечними у використанні. Крім того, Дрю Вайсман допомагав Таїланду, Малайзії, Південній Африці та Руанді розробляти власні, більш бюджетні вакцини для порятунку від пандемії.

Нобелівську премію з фізіології або медицини 2023 обговорили з Інною Горюновою — кандидаткою біологічних наук, методисткою лабораторії хіміко-біологічних наук МАН.

Каталін Каріко. Джерело світлини: UNESCO

Своє пояснення експертка почала з історичної довідки: вакцинацію як протидію інфекційним захворюванням вперше застосували ще у XVIII столітті, проте цей метод набув популярності лиш у XX столітті. У той час були поширеними живі вакцини, в основі яких — ослаблені мікроорганізми, та інактивовані вакцини, які роблять із «померлих» мікроорганізмів. Їхні мінуси полягають у тому, що для виготовлення потрібні значні фінансові та людські ресурси, а також вони можуть становити загрозу, якщо знехтувати правилами експлуатації. 

За словами Інни, вже у 1980-х роках запровадили ефективні методи отримання мРНК — матриці для синтезу білків у живому організмі. Транскрипція вірусних мРНК in vitro, тобто у пробірці, стала проривом у методиці синтезу нових вакцин, оскільки значно скоротила час на розробляння та мінімізувала побічні ефекти від використання вакцини.

Цьогорічні лауреати Каріко та Вайсман помітили, що людські клітини розпізнають транскрибовану in vitro мРНК як чужорідну речовину, що призводить до запального процесу. Проте мРНК, що утворилася природним шляхом, не викликала такої реакції. «Порівнявши хімічну модифікацію синтезованих різними методами молекул мРНК, вчені зрозуміли, що вони відрізняються за хімічною будовою. Уподібнення хімічного складу мРНК, синтезованої in vitro, до природної дало приголомшливий результат: запальний процес був зведений до мінімуму», — розповідає Інна. 

Результати досліджень науковці опублікували ще 2005-го, за 15 років до пандемії COVID-19. У 2008 та 2010 роках вони показали, що мРНК, яку створили за допомогою модифікації нуклеїнових основ у складі молекул мРНК, помітно збільшує кількість синтезованого вірусного білка порівняно з немодифікованою таким чином мРНК. Завдяки цим відкриттям Каріко та Вайсман усунули основні перешкоди на шляху до масового клінічного застосування вакцин. 

Дрю Вайсман. Джерело світлини: University of Pennsylvania

Саме завдяки дослідженням лауреатів рекордно швидко розробили дві модифіковані основи мРНК, які дозволили за короткий термін створити вакцини проти COVID-19. «Це вже відомі нам своєю ефективністю (приблизно 95%) та незначною кількістю побічних дій Pfizer / BioNTech (BNT162b2) і Moderna (mRNA-1273). Обидві вакцини були схвалені до використання ще в грудні 2020 року, що дозволило швидко налагодити їх масове виробництво та врятувати тисячі людських життів», — додає експертка. 

Про гендерні студії в економіці: «Нобелівка» з економіки

Нобелівську премію з економіки 2023 року присудили професорці Гарвардського університету Клавдії Голдін «за поглиблення нашого розуміння результатів діяльності жінок на ринку праці».

Лауреатка дослідила участь жінок на ринку праці протягом століть і першою презентувала ґрунтовну розвідку про їхні заробітки.

З досліджень цьогорічної лауреатки випливає, що жінки досі менше залучені на ринку праці, ніж чоловіки. Також вони отримують меншу платню за свою роботу. Традиційно це пояснюють різницею в освіті та виборі професії. Але пані Голдін показала, що навіть ті жінки й чоловіки, які мають однаковий фах, отримують різну зарплату. Особливо різниця в оплаті збільшується після народження першої дитини.

Клаудія Голдін. Джерело світлини: Harvard University

Дослідниця дійшла висновків, що на кар’єрне становище жінок впливає сукупність різних чинників. Тому й зміни в цьому напрямі — це гра в довгу для суспільства. Однак процес пришвидшується, коли покоління жінок, які засвоїли нову модель поведінки на ринку, досягають середнього віку. Тоді їхні патерни переймають і молодші працівниці.

«Для економістів важливі зміни. Ось чому чоловіки — це нудно, а жінки — цікаво», — пояснила свої професійні інтереси Нобелівська лауреатка.

До слова, сама Клавдія Голдін стала першою жінкою в команді економічного факультету Гарварду. Це було 1989 року.

Колажі: Михайло Карпо