Меньше некуда

Каждое утро Джеффри Бринкер встает в полшестого и делает капучино для себя и своей жены. Из окон спроектированного ими дома у склона гор открывается панорама города Альбукерке и простирающейся за ним оранжево-розовой пустыни. Каждая приготовленная здесь порция кофе столь же продумана, как вид из окна. Заваривая кофе, Бринкер объясняет, что если зерна помолоть слишком грубо, то кофе получится неароматный. А если перестараться, напиток будет казаться подгорелым. Чтобы сделать молочную пенку, Бринкер на несколько секунд касается поверхности молока носиком подающего пар крана, уверяя, что он сжимает воздух в маленькие пузырьки наподобие «эффекта Вентури». Чем меньше пузырьки, тем более стойкая получится пена. «Именно поэтому я ненавижу Starbucks: там просто жмут на кнопку, и все делает машина. Они даже не понимают, как все это происходит», — говорит он.

Бринкер — один из лучших на планете ученых в области нанотехнологий, занимает пост профессора химии Университета штата Нью-Мексико и разрабатывает невероятно сложные материалы. Многие из них строят себя сами. Примеры? Защитная оболочка, которая несколько месяцев сохраняет живыми извлеченные из тела клетки, питающиеся слоем жира. Или идеальная сетка с порами в 3 нанометра, используемая для фильтрации отдельных аминокислот в процессе выстраивания ДНК (1 нанометр примерно равен ширине спирали ДНК). Министерство энергетики США выделило лаборатории Бринкера — совместному предприятию университета и фирмы Sandia National Laboratories — $2 млн на разработку наноструктур, способных очищать воду и выделять парниковые газы типа диоксида углерода из выбросов работающих на угле электростанций. ВВС США дали еще миллион на разработку защитного покрытия, предотвращающего коррозию металла. Национальный институт здоровья выделил $400 000 на адаптацию полученных Бринкером наноструктур к нуждам фармакологии и здравоохранения. General Motors платит лаборатории Бринкера за разработку пленок, используемых в топливных элементах.

«Он провидец, — говорит бывший студент Бринкера Бернд Смарсли, ныне профессор физической химии Университета Гиссена в Германии. — И эта способность приводит его к идеям, до которых не могли дойти «обыкновенные» ученые». А Эрик Карнс, один из аспирантов Бринкера, добавляет: «В большинстве случаев требуется несколько минут только для того, чтобы понять суть высказанного Джеффом предположения».

При этом в отличие от многих ученых Бринкер ведет жизнь демократичного университетского преподавателя — открытого к общению и наделенного чувством юмора. Недавно на одной лекции он сравнил строение аэрогеля (твердое тело с крайне низкой плотностью) с толпой пьяных французских матросов, ищущих бордель в Марселе. Каждую неделю Бринкер со своими аспирантами совершает 25-километровую прогулку на велосипедах. В студенческих футбольных матчах порвал себе две связки. А по улицам Альбукерке профессор передвигается на турбированном Mini Cooper с шестискоростной коробкой передач.

Яркая звезда Бринкера на научном небосклоне взошла в начале 1990-х, когда он выпустил книгу о sol-gel, загадочном веществе, которое могло быть использовано для создания самых легких материалов, известных человечеству. Sol-gel является коллоидом, или, другими словами, принявшей форму геля жидкостью с равномерно распределенными в ней твердыми частицами (как молоко). Такие вещества используются для утолщения шин, для предотвращения образования комков в пищевом соусе и даже для защиты марсоходов от значительных перепадов температуры. С 1984 года Бринкер получил 28 патентов, опубликовал 40 научных работ, на которые часто ссылаются, и получил несколько наград, в том числе премию памяти Э. О. Лоуренса, высшую награду Министерства энергетики США.

Не подумайте, что Бринкер — потомственный ученый. Он вырос в рабочем городке в штате Пенсильвания. Ни его отец, продавец стоматологического оборудования, ни мать, работавшая секретарем, не имели высшего образования. Но им хватило храбрости подарить своему сыну на десятилетие набор юного химика. Одаренный школьник быстренько сварганил какой-то зеленый полимер и заляпал им всю раковину. «Моя мама была так напугана, что отказалась соскребать эту гадость. Но ведь именно такие вещи повышают интерес детей к науке, не так ли? — говорит Бринкер. — До сих пор не могу поверить, что сегодня в набор юного химика не входят настоящие химикаты!»

В 1979 году, защитив в Университете штата Нью-Джерси докторскую диссертацию, посвященную изучению свойств керамики, Бринкер уселся в свой хот-род BMW и отправился на запад страны, в Калифорнию. Он получил место в Sandia National Labs, подразделении Лос-Аламосской национальной лаборатории. Его первой задачей было создание крайне вязкого стекла с использованием процессов sol-gel. Все другие ученые, работавшие над проблемой, включая экспертов по стеклу компании Corning, не смогли добиться успеха: их отвар желировал слишком рано, и в результате получался никому не нужный продукт.

Бринкеру выделили пустой железный стол и пачку бумаги. Он потратил полгода на расчет химической формулы и уравнений, необходимых для разработки нужного полимера. Бринкер предположил, что если в раствор добавлять сначала наименее активные ингредиенты и использовать распавшиеся молекулы воды, то можно избежать проблемы раннего желирования. Sandia направила его в лабораторию Battelle в Огайо, где он в присутствии ведущего на то время эксперта по sol-gel доказал, что его теоретические выкладки вполне жизнеспособны.

Сегодня основные усилия Бринкера направлены на управление гидрофильными и гидрофобными частицами жиров, углеводородов и детергентов. Эти молекулы при соединении с водой образуют красивые массивы цилиндров и колес. Добавьте к этой смеси кварц, как если бы вы делали гипс, и если вы выпарите воду, то получите фоссилизированный кварц, выстроенный в идеально симметричную наноструктуру.

Те же самые отношения притяжения-отталкивания работают и при варке капучино. «Древние греки верили, что весь мир можно описать в терминах любви и ненависти. Примерно так же я вижу науку. Я закладываю эти две простые силы в молекулы, которые использую», — говорит Джефф Бринкер.

Идею одного из последних проектов Бринкера подсказал обитающий в пустыне Намиб жук, который выживает, собирая капли росы, скатывающиеся по специальным канавкам на его крайне гидрофобной спинке. Бринкер пошел дальше и по заказу ВВС США спроектировал такое покрытие, от которого вода отскакивает, как теннисный мяч.

Еще до гонки научных исследований в области антитеррористической деятельности, начавшейся после событий 11 сентября 2001 года, Sandia и Агентство передовых оборонных разработок Пентагона (Darpa) вынашивали безумную идею использования пчел для поиска следов биологического оружия и взрывчатых веществ. Бринкер включился в работу и выдвинул идею пересадки живых клеток генетически модифицированных организмов на спину тараканам, контролируемым феромонами. Клетки должны флуоресцировать в присутствии биологического оружия и взрывчатых веществ.

С тараканами проблем не было, но вот сохранить пересаженные клетки живыми долгое время никому не удавалось. Специалисты Darpa смогли добиться продолжительности жизни клеток всего в двое суток. В 2002 году финансирование проекта армии насекомых было урезано.

Но Бринкер всерьез увлекся идеей поддержания жизнеспособности пересаженных клеток и выбил на продолжение исследований $500 000 у ВВС США. В этом году он сумел увеличить срок жизни клеток до полугода, поместив их на матрицу из кварцевых нанотрубок, окруженных sol-gel. Структура оказалась настолько прочной, что Бринкер и его студенты могли оставить клетки в багажнике в самую жару, и с ними ничего не случалось. Эти же кварцевые наноструктуры, но с другим клеточным материалом могут быть использованы для обнаружения раковых заболеваний. И не исключено, что в один прекрасный день это научное достижение станет основой громкого коммерческого проекта.