Иван Болдин объясняет, что такое масс-спектрометрия, рассказывает о своем изобретении и о предопределенности, которая заставляет его заниматься физикой. Новый герой постоянной рубрики T&P.

Где учился: факультет молекулярной и биологической физики МФТИ (2008 год), стажировка в Швейцарии (2006 год), аспирантура ИНЭПХФ РАН (2011 год).

Что изучает: разработка и создание измерительной ячейки масс-спектрометра ионно-циклотронного резонанса с динамической гармонизацией электрического поля.

Особые приметы: рост — 2 метра, играет в футбол, баскетбол и настольный теннис, катается на горных лыжах, сноуборде и кайте, ходит на беговых лыжах, занимается плаванием, любит путешествовать, Гессе, Достоевского и астрономию, учится играть на фортепиано, изучал корейский язык.

В детстве я собирался стать архитектором. Мои родители, сестра, бабушки и дедушки — все архитекторы и художники (правда, одна бабушка — учитель математики). Я готовился поступать в МАрхИ и учился рисовать. А потом начал ездить по олимпиадам по физике и математике: в своем городе, Красногорске, я обычно занимал первые места, еще успешно выступал на областных. Областные олимпиады проводятся на Физтехе, я попал туда в 8-м классе.

Тогда я понял, что, если я хорошо выступаю на олимпиадах по физике и математике, значит, у меня есть к ним предрасположенность, и они мне нравятся. Я понял, что физика и математика мне интереснее, чем занятия архитектурой. Так постепенно я и поменял направление. Я набрал при поступлении максимальный балл и мог идти на любой факультет. Я выбрал факультет молекулярной и биологической физики, рассудив, что там кроме физики и математики я получу еще и знания по биологии и химии, а это мне не помешает.

После 3-го курса нужно выбирать базовую кафедру, то место, где собираешься писать диплом. С 4-го начинается такой режим: половина недели на факультете, половина — в лаборатории, на базовой кафедре. Нас тогда почти каждую неделю возили по разным лабораториям, я выбрал для себя Институт энергетических проблем химической физики РАН — мне понравился руководитель, понравилось ее оборудование и направление исследований.

Начал ездить на конференции и стажировки. 3 месяца был в Швейцарии, ездил в Таллахасси в США. Недавно вернулся из Бремена — мы там проводили эксперимент.

В нашей области нет отставания по сравнению с другими странами. Наш руководитель Евгений Николаевич Николаев постоянно ездит по конференциям и предлагает нам. Мы в курсе того, что происходит в мире, и занимаемся тем, что актуально. Вот, например, ионно-циклотронным резонансом занимаются в Таллахасси, руководитель лаборатории — человек, который как раз этот метод и придумал. А мы с ними сотрудничаем.

В Швейцарии, Швеции, Штатах есть выдающиеся лаборатории.

Я занимаюсь масс-спектрометрами в физических исследованиях. Масс-спектрометр — это прибор, который определяет состав вещества при помощи измерения массы молекул. Если точно измерить массу, то можно сразу понять, что это за молекула. Любое вещество можно туда поместить, и прибор покажет, что в нем содержится и из каких молекул оно состоит. У масс-спектрометрии огромное количество и лабораторных, и практических применений — в фармакологии, медицине, биологии, химии и, конечно, в физике.

«Я придумал измерительную ячейку, и она оказалась намного лучше прежних версий: измеряет точнее и большее количество веществ одновременно. С ее использованием уже установлено несколько мировых рекордов в масс-спектрометрии»

Вот, например, свою бакалаврскую работу я делал по диагностике болезни Альцгеймера. Благодаря масс-спектрометру можно определить болезнь на ранней стадии. Есть определенное вещество, бета-амелоид, которое, если претерпевает трансформацию, начинает накапливаться в мозге, что приводит к болезни Альцгеймера. Вот этот факт трансформации можно обнаружить на масс-спектрометре, и я исследовал, как это можно сделать. Помимо диагностики заболеваний, у масс-спектрометрии есть много других практических задач — исследования для нефтяной промышленности (можно взять пробу почвы и определить, есть ли в этом месте нефть), определение загрязнения атмосферы, обнаружение наркотиков и взрывчатки в аэропортах (хотя для обнаружения некоторых веществ все-таки лучше собака).

Но основное назначение масс-спектрометрии — это, конечно, научные исследования в лабораториях. Это очень точный и чувствительный метод. В масс-спектрометре все строится на том, что молекулы заряжаются и летают в электрическом и/или магнитном поле, причем молекулы с разной массой летают по-разному. Вращение, время полета и другие свойства — все это зависит от массы. В общем, измерение массы молекул (и соответственное определение того, что это за вещество) основано на свойствах движения частиц в электромагнитных полях. И то, чем мы занимаемся, это как раз особенности движения.

При измерении масс молекул ключевой задачей является удерживание ионов в ограниченной области, то есть их нужно запереть. Для этого разрабатываются «ловушки». А особенности движения ионов в ловушке (их взаимодействие друг с другом и с электромагнитным полем) как раз то, чем занимаюсь я.

© Роман Кузнецов

© Роман Кузнецов

В ходе изучения у меня появилась идея того, как лучше измерять массу молекул. Я придумал измерительную ячейку, и она оказалась намного лучше прежних версий: измеряет точнее и большее количество веществ одновременно. С ее использованием уже установлено несколько мировых рекордов в масс-спектрометрии.

В лаборатории я провожу эксперименты и занимаюсь моделированием. Перед тем как создать свою измерительную ячейку, я моделировал на компьютере, как будут двигаться ионы. Потом на заводе сделали образцы моей ячейки, дальше мы с ними провели эксперименты. Похоже, что мое изобретение превзошло все прошлые варианты и, возможно, оно будет широко использоваться.

«Невозможно купить то, что тебе действительно нужно: все решается сверху, даже компьютеры нельзя купить без дополнительных трудностей. А в Германии все можно получить сразу. В Швейцарии, если мне требовалось что-то из инструментов или из деталей, все решалось мгновенно. А это, согласитесь, многое определяет»

Не люблю писать статьи и отчеты. Это скучно, когда уже стало все ясно и хочется идти дальше, а приходится описывать уже пройденное. Еще тяжелая ситуация с инструментами. Когда нужно что-то купить или заказать, проходит минимум 3 месяца. Оформление заказа, таможня — все это страшно тормозит работу. Невозможно купить то, что тебе действительно нужно: все решается сверху, даже компьютеры нельзя купить без дополнительных трудностей. А в Германии все можно получить сразу.

В Швейцарии, если мне требовалось что-то из инструментов или из деталей, все решалось мгновенно. А это, согласитесь, многое определяет.

Самое приятное в работе — это когда возникает идея, и она оказывается верной. Когда идея появляется, обычно оказывается, что она по каким-то причинам не работает. А когда все получается, это здорово. Мой план — придумать что-то полезное для людей. Так как масс-спектрометры, над которыми я работаю, используются, в частности, в биологии и медицине, эта область исследований вполне подходит для реализации моего плана.

Не знаю, как так получилось, но я чувствую предопределенность — я должен заниматься тем, чем занимаюсь. Когда я учился, то не думал, что мне то или иное знание пригодится, а чувствовал, что это мне просто необходимо узнать. Я занимаюсь физикой не потому, что получаю от работы удовольствие — хотя это и так, но это не главное. Я просто чувствую, что должен заниматься физикой и все.