17 апреля 2020
текст:

Почему санитайзер из водки не работает, а стекло для оптоволокна лучше делать в космосе? Читайте в письме ученого и подписывайтесь на нашу рассылку

Фонд инфраструктурных и образовательных программ (Группа РОСНАНО) и «Бумага» запустили научную рассылку и серию вебинаров с учеными «Что с нами будет?» В них исследователи из разных областей рассуждают о научно обоснованных сценариях будущего.  

Во третьем выпуске рассылки химик Георгий Шахгильдян рассказывает о таких базовых химических вещах, как состав санитайзеров, а также о новых разработках в области наноматериалов — медицинских масках с ионами серебра и стекле для оптоволокна, которое производят в космосе. 

Георгий Шахгильдян

Кандидат химических наук, ассистент Кафедры стекла РХТУ им. Менделеева

Многие с детства считают, что химия — самая сложная наука. Лично я так не думаю, для меня любая наука — это очень сложно. Чтобы разобраться в какой-то теме, нужно приложить массу усилий, и всё равно для большинства ученых работает формулировка старого доброго Сократа: «Чем больше я знаю, тем больше я понимаю, что ничего не знаю».

В то же время некоторые знания о химии и новых материалах важны именно сейчас, в период пандемии. Поэтому сегодня я решил рассказать о таких базовых химических вещах, как состав санитайзеров, а также о новых разработках в области наноматериалов — медицинских масках с ионами серебра и стекле для оптоволокна, которое производят в космосе. Начнем с базовых вещей.

Почему санитайзер из водки не удаляет бактерии?

Мы вроде все давно привыкли к санитайзерам, хотя в магазинах эти средства появились только в начале 2000-х. История их возникновения спорная: по одной из версий, родоначальником современных антисептиков для рук было чистящее средство, созданное в середине XX века для рабочих каучукового завода — до этого они использовали вредные для кожи керосин и бензол, чтобы снять слой графита и сажи с рук в конце смены.

Первые санитайзеры содержали всего 5 % спирта и лишь спустя почти полвека превратились в знакомое нам средство с порядка 80 % спирта в составе. Спирт высокой концентрации — этиловый или изопропиловый — главное действующее вещество санитайзера.

У многих слово «спирт» крепко ассоциируется с водкой, поэтому считается, что если облиться/залиться этим напитком — никакая зараза не возьмет. К сожалению, это не так.

ВОЗ указывает, что концентрация исходного спирта для приготовления антисептика должна быть не менее 96%, а по данным Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, финальная концентрация спирта в санитайзере составляет не менее 60 %. В водке этот показатель не превышает 40 %. И вот исследование, которое доказывает, что использование санитайзеров с 40 % содержанием спирта не имеет смысла и, наоборот, может стать причиной увеличения количества бактерий на руках.

Иллюстрации: Анна Кулакова / «Бумага»

Более того, незнание базовых химических понятий приводит к травмам и даже гибели: например, ситуации с метиловым спиртом в Иране и ожогами из-за подпольного санитайзера у детей в США. Не стоит забывать и о том, что санитайзеры могут легко воспламеняться, да так, что у некоторых из них получаются «коктейли Молотова».

Поэтому, несмотря на то, что ВОЗ опубликовала рецепты, по которым можно приготовить санитайзер в домашних условиях, лично я, да и другие химики, не советуем этим заниматься, если у вас нет опыта работы с химическими реактивами.

А еще не забывайте, что использование санитайзеров и частое мытье рук сушат кожу и могут привести к дерматиту, поэтому пользуйтесь увлажняющими кремами.

Теперь перейдем к маскам. Вот что сейчас нужно знать о них.

Из-за чего возник дефицит медицинских масок и зачем ученые обрабатывают их ионами серебра?

Если говорить о нехватке масок, то, по всей видимости, дело не только в резкой нагрузке на производства (посмотреть, как делают маски на одном из российских заводов, можно здесь или здесь), но и в дефиците некоторых исходных материалов.

В производстве масок их два — спанбонд и мельтблаун, которые делают из полимера полипропилена по разной технологии. По сути, маска состоит из слоев этих материалов, которые задерживают частицы выдыхаемого воздуха.

Оба материала нетканые, то есть созданы из волокон, соединенных при термическом воздействии. Отличаются они степенью задержки вдыхаемых и выдыхаемых частиц — основная нагрузка здесь лежит на мельтблауне. При этом если спанбонд производится в России в большом количестве, то мельтблаун в основном импортируется, что в условиях перебоев поставок по всему миру приводит к сложностям и в России. Отсюда дефицит.

Сейчас ученые модифицируют маски так, чтобы они работали еще и «активно», то есть самостоятельно убивали патогенные организмы. Например, ученые Института химии твердого тела обрабатывают слой мельтблауна в маске ионами серебра. Первые исследования демонстрируют эффективность такого подхода — живые микроорганизмы через такие маски не проходят. А в БФУ им. Канта уже наладили производство средств защиты с наноструктурированным покрытием серебра и бесплатно раздают их всем желающим.

Подобные исследования ведутся по всему миру. К примеру, вот статья о повышении антибактериального эффекта масок, содержащих наночастицы серебра, и еще одна об антивирусном механизме работы металлических наночастиц.

Если говорить о том, носить маску или нет, то тут стоит уточнить — в миллионный раз, наверное, — что вообще их имеет смысл надевать только больным, так как они рассчитаны на удержание микрочастиц при разговоре, чихании и кашле.

Другое дело: как понять, больны вы или нет, коль во многих случаях COVID-19 протекает незаметно? Поэтому в сложившейся ситуации маски стоит носить всем.

Недавнее исследование демонстрирует, что их использование позволяет многократно снизить риск заболевания вирусом. Но и масками, как и санитайзерами, нужно пользоваться с умом — надевайте их в закрытых помещениях, а после использования аккуратно утилизируйте.

И еще просьба — не скупайте профессиональные респираторы. Оставьте их тем, кому они правда нужны, — врачам и медицинским сотрудникам на передовой. Кстати, поддержать врачей можно по ссылке.

Переходим к последней части — о космосе и о том, как в будущем стриминговым сервисам не придется жертвовать качеством ради передачи данных.

Как в космосе делают стекло ZBLAN для нового оптоволокна?

Напоследок я хотел бы рассказать про технологию, которую, конечно, сложно назвать новой, но которая спасает нас не меньше остальных — это волоконно-оптическая связь. Благодаря ей у нас, по сути, есть интернет, и мы можем наслаждаться любимыми фильмами, сериалами и подкастами, пока сидим дома.

Мы привыкли к этому и совсем не задумываемся, что все наши «онлайн-блага» работают за счет несметного количества «стеклянных проводов», проложенных на дне морей и океанов (взгляните на карту). Но несмотря на высокую пропускную способность этих каналов связи, они не вполне были готовы к тому, что почти весь мир разом начнет целыми днями смотреть фильмы, а обучение и все деловые и дружеские встречи будут проходить онлайн.

Шумиха вокруг передачи данных в период пандемии поднимает проблему «цифрового неравенства», которая отчасти связана с тем, что у многих людей нет доступа к быстрому интернету из-за недостаточно развитой оптико-волоконной сети. Это привлекает внимание к необходимости дополнительного производства и распространения оптических волокон. В России решением этого вопроса занимается компания «Оптиковолоконные системы». Вот здесь можно посмотреть, как там делают оптоволокно.

Сейчас оптические кабели производятся по большей части из кварцевого стекла, которое состоит из диоксида кремния (SiO2). По химическому составу — это тот же песок, как на берегу моря или в песочнице. «Пропускная» способность оптоволокон из кварцевого стекла неплохая, но у ученых есть план, как ее многократно повысить. Для этого планируется использовать не кварцевое, а фторидное стекло ZBLAN — на основе фторидов тяжелых металлов (циркония, бария, лантана, алюминия и натрия), — которое обладает большим «окном» прозрачности в инфракрасной области, чем кабели из кварцевого стекла.

Проблема только в том, что получить такое стекло высокого качества на Земле не получается. Зато отлично выходит в космосе! Да, на МКС ученые работают над тем, как получать стеклянные волокна, которые смогут передавать данные с очень большой скоростью у нас здесь, на Земле.

Почему в космосе? Исследования показали, что производство волокон из стекла ZBLAN в условиях земной гравитации приводит к сильной кристаллизации стекла. Кристаллизация — это переход материала из аморфного состояния в кристаллическое. В данном случае это очень нежелательный процесс, так как свет будет рассеиваться на кристаллах и приводить к гигантским оптическим потерям. В то же время при вытяжке волокон на МКС в условиях невесомости удается преодолеть кристаллизацию и получить волокна высокого качества. Сотрудники компании с говорящим названием Made In Space, которые занимаются этим проектом, уверены, что смогут коммерциализировать свою разработку и продавать на Земле «космическое стекло» для высокоскоростного интернета.

Где можно узнать обо всем этом подробнее?

Я бы посоветовал следить за новостями о новых технологиях и наноматериалах на ведущих российских научно-популярных порталах (например, 1, 2, 3) или на международных агрегаторах научных новостей (например, 1, 2, 3). Если хочется видеоконтента, советую ютьюб-каналы (1, 2, 3).

Есть хорошие научно-популярные подкасты от «Бумаги» и РОСНАНО и сборник материалов по теме на «Постнауке». Если есть желание поучиться, то на российских платформах Стемфорд и еНано много курсов по нанотехнологиям и новым материалам для всех возрастов.

Тем, кто хочет интеллектуально развлечься, советую великое британское квиз-шоу QI, где вместе с участниками можно отвечать на вопросы и смеяться над их забавными версиями.

А если вы интересуетесь 3D-печатью, вот подборка проектов для борьбы с распространением вируса. Советую обратить внимание на модель детали, которая крепится почти на любую дверную ручку и позволяет открывать дверь не ладонью, а нажатием локтя. Она доступна для скачивания, так что если у вас есть подходящий 3D-принтер — дерзайте!

Ну и напоследок, небольшой гайд от РХТУ им. Д.И. Менделеева по тому, как правильно вести себя в период пандемии.

Если вы нашли опечатку, пожалуйста, сообщите нам. Выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl + Enter.
Новые тексты «Бумаги»
На «Бумаге» — премьера клипа «Научи меня жить» от группы «Простывший пассажир трамвая № 7»
От хюгге-кэмпа до экофермы: блогеры рекомендуют необычные места для путешествия по Ленобласти
Чем технология 5G будет полезна экономике и почему вокруг нее столько страхов? Рассказывает кандидат технических наук
На Рубинштейна постоянно проходят уличные вечеринки, где веселятся сотни людей. Местные жители жалуются на шум, а полиция устраивает рейды
Как проходило голосование по поправкам в Петербурге: вбросы бюллетеней, коронавирус у членов комиссий и участки во дворах
Рассылки «Бумаги»
Как меняются отношения в кризис? Читайте в письме психолога и подписывайтесь на нашу рассылку
Становится ли атмосфера чище из-за карантина? Читайте в письме ученого и подписывайтесь на нашу рассылку
«Ощущение, что друг написал тебе письмо»: известные петербуржцы рассказывают, зачем читают рассылки «Бумаги». Подписывайтесь и вы!
Как носить резиновые сапоги, чтобы выглядеть ничего? Читайте одно из писем рассылки «Бумаги» об одежде и подписывайтесь со скидкой!
Отвязная постановка «Ревизора». Читайте одно из писем культурной рассылки «Бумаги» и подписывайтесь в честь «черной пятницы» со скидкой
Чем заняться в самоизоляции
Музыка для прогулок и отдыха в Петербурге теперь есть и в Spotify! Слушайте Lonely Island, Cream Soda и Джеймса Брауна в свежем плейлисте «Бумаги» 🎧
«Бумага» показывает спектакль фестиваля «Точка доступа» — это Zoom-конференция с незнакомцами, которые гуляют по Таллину, Нарве и Петербургу
На ютьюбе вышла первая серия нового сезона «Внутри Лапенко»
Как пережить первый год аспирантуры в США и можно ли стать физиком, если ты бухгалтер? Второй Science Сlub Online посвящен личным историям ученых
На Большой Морской открылся креветочный бар «Тигрица. Seafood, rrr!» от создателей Made in China
Конфликт на Петровской косе
Что известно о будущем Речного яхт-клуба и Петровской косы. Яхтсменов выселили в разгар сезона, им негде швартоваться
«Нет консенсуса, нет договоренностей, нет развития». Что будет с речным яхт-клубом и что сейчас происходит на Петровской косе
Глава Ленинградской федерации профсоюзов подтвердил выселение речного яхт-клуба с Петровской косы. Там срезают понтоны, суда вынесут на сушу
Приставы пришли в яхт-клуб на Петровской косе и срезали трапы, ведущие к судам
Яхт-клуб на Петровской косе — последнее место в Петербурге для бюджетного яхтинга. Что известно о будущем территории, за которую борются застройщики, профсоюзы, спортсмены и город
Поддержка независимых театров
Сколько на самом деле стоит один поход на спектакль? Режиссер Семен Александровский рассуждает, почему бюджету выгодны частные театры
Более 20 независимых театров Петербурга не получили господдержку после пандемии: некоторым грозит закрытие. Десятки миллионов достались патриотическим фестивалям
Независимым театрам Петербурга обещают выделить субсидии в конце августа, заявила член комиссии
Независимые театры пожаловались, что остались без субсидий во время пандемии. Смольный запустил второй этап конкурса на финансирование
Коллеги «Бумаги»
Как ростовские наркополицейские бежали в Украину и задумались о карьере правозащитников
Как приговор по делу Юрия Дмитриева изменит Россию и нас
История отца Сергия, захватившего монастырь
Смягчение режима самоизоляции
Петербургские суды зарегистрировали больше 600 дел об отсутствии СИЗ за июль. Протоколы составляли в том числе на горожан, которые ели шаверму без маски
В Петербурге открылись визовые центры десяти стран ЕС
Беглов поручил подготовить театры к открытию в сентябре
МФЦ в Петербурге снова начали работать без предварительной записи
Во время пандемии центр Петербурга превратился в один большой рейв. Почему одни в восторге от вечеринок на Конюшенной и Рубинштейна, а других это бесит
Закон о «наливайках»
Автор закона о «наливайках» объяснил, почему площадь баров ограничили 50 метрами. Так депутаты борются с заведениями в хрущевках
Беглов призвал до 2021 года изменить закон о «наливайках» в интересах предпринимателей и жителей. Вот как он объяснил подписание «непроработанного» законопроекта
«Принятие закона о „наливайках“ — поспешность отдельных депутатов». Александр Беглов заявил, что в закон внесут изменения
В Петербурге прошло первое заседание рабочей группы по закону о «наливайках». На нем предложили создать особые правила для баров в исторических домах
Мой любимый бар закроется? Там перестанут продавать алкоголь? Отвечаем на главные вопросы про закон о «наливайках»
Снос хрущевок в Петербурге
Какие хрущевки готовятся снести в Петербурге, куда переселяют жильцов и почему проект реновации затянулся на 10 лет?
Как в Сосновой Поляне сносят первую хрущевку по программе реновации. Демонтаж продлится несколько дней
В Петербурге возобновляется программа реновации — первыми сносят дома в Красносельском районе. Что об этом известно
В Петербурге начали сносить первую расселенную хрущевку по программе реновации
Жители попавших под реновацию кварталов смогут переехать в другие районы
Лето в Петербурге
Театр, похожий на космический корабль, старинные церкви и медовуха в купеческом доме. Приезжайте в Великий Новгород
Как долго в Петербурге продлятся дожди и ждать ли лета в августе? Рассказывает главный синоптик города
Во время пандемии центр Петербурга превратился в один большой рейв. Почему одни в восторге от вечеринок на Конюшенной и Рубинштейна, а других это бесит
В Петербурге прошел ливень. Конечно же, улицы по всему городу затопило, а машины «плыли» по дорогам
Сотни людей на набережных, разведенные мосты и военные корабли: как в Петербурге прошел парад в честь Дня ВМФ
Озеленение Петербурга
Жители Петроградского района намерены вернуть виноград, сорванный ветром с дома на Лизы Чайкиной. Вот как они это сделают
С дома на Лизы Чайкиной сорвало виноград, много лет покрывавший половину стены. Местные жители планируют вернуть растение на место
На парковке на Марата на один вечер создали зону отдыха со стульями и растениями в горшках. Вот как она выглядела
На Чкаловском проспекте появился прицеп со скамейкой и растениями. Небольшую зону отдыха оборудовали активисты
Сквер Виктора Цоя начали благоустраивать — там стелют газон и красят здания. Работы связывают со скорым приездом Беглова

Спасибо!

Теперь редакторы в курсе.