|
|
|
№ 15 (3782), 30 октября 2008 года
|
 |
|
|
|
|
Магнитный резонанс
работает на будущее
Уникальный конгресс
За честь проведения этого конгресса боролись несколько университетов из разных городов Европы (Гетеборг, Флоренция и др.). Но победил Санкт-Петербург. И поэтому Международный конгресс EUROMAR-2008 под девизом «Магнитный резонанс в интересах будущего» (Magnetic Resonance for the Future) прошел в июле в Санкт-Петербургском государственном университете и Научном центре РАН. Конференция подобного уровня по магнитному резонансу состоялась на территории России лишь однажды (14 лет назад, в Казани).
Как единый конгресс EUROMAR был организован в 2005 году путем объединения трех крупнейших европейских международных форумов, близких по тематике (Конгресс по магнитному резонансу AMPERE, Европейская конференция по экспериментальному ядерному магнитному резонансу EENC и Британская конференция NMRDG), ведущих свою деятельность с пятидесятых годов прошлого столетия. Программа EUROMAR-2008 включает все аспекты магнитного резонанса (ЯМР, МРТ, ЭПР, ЯКР) в жидкой и твердой фазе, в том числе методологические и прикладные. Направления научной программы курируются членами международного Программного комитета из России, Швеции, Франции, Нидерландов, Германии, Великобритании, Швейцарии.
Организаторами выступили Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН, Санкт-Петербургский государственный университет и Санкт-Петербургский научный центр РАН. Число участников конгресса превысило 650 человек из 46 стран Европы, Азии, Америки, Африки, Австралии и Океании (539 — Европа, 47 — Америка, 40 — Австралия, 14 — Африка, 6 — Азия). Особенно важным для нас было участие российских ученых (156 участников из 9 городов). Из-за финансовых трудностей их представительство на подобных конференциях за рубежом значительно меньше (например, на двух предыдущих Конгрессах EUROMAR — в пределах 10 человек). Российские ученые получили уникальную возможность установить обширные личные контакты с иностранными коллегами, работающими в родственных сферах исследований, что особенно важно ввиду сильного ухудшения положения с научным оборудованием в России за последние 15 лет.
Впервые в истории подобных конференций конгрессу предшествовала школа-сателлит, которая прошла в Петродворцовом комплексе СПбГУ и собрала около 200 молодых ученых из разных стран. Перед ними с лекциями выступили ведущие ученые мира. Международный симпозиум и Школа NMRCM (Ядерный магнитный резонанс в конденсированных средах) проводятся в начале июля в СПбГУ ежегодно с 2004 года под руководством профессора Физического факультета В.И.Чижика, а в этом году было решено совместить их с конгрессом EUROMAR.
На конгрессе были вручены престижные международные премии. Премия имени Russel Varian за выдающийся вклад в области ЯМР-спектроскопии была вручена Алексу Пайнсу (США). Премия имени Raymond Andrew за лучшую фундаментальную работу молодого ученого — Боазу Шапира (Израиль). Три премии издательства JohnWiley&Sons за лучшие доклады молодых ученых были выделены Кириллу Ковтунову (Россия, Новосибирск), Жиузеппе Сиколи (Франция) и Евгенио Давизо (Нидерланды). Премией EUROMAR-2008 была награждена Мария Консистр (Англия). Лауреаты перечисленных премий, а также лауреаты Международного благотворительного научного фонда академика К.И.Замараева выступили с докладами о своих исследованиях.
Магнитный резонанс:
история и современность
Широкое и все расширяющееся поле применения магнитного резонанса вполне объясняется гибкостью и универсальностью метода. В этой области присуждено 6 Нобелевских премий по физике, химии, биологии и медицине. В 1952 году премию по физике получили американцы Феликс Блох и Эдвард Миле Парселл за регистрацию ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в конденсированной фазе вещества. Сумевший резко повысить возможности метода швейцарец Ричард Эрнст получил в 1991 году нобелевскую награду уже по химии за вклад в спектроскопию ЯМР высокого разрешения. В 2002 году его соотечественник Курт Вютрих, применивший метод ЯМР к структурному анализу белков, был удостоен Нобелевской премии в области биохимии, а в 2003 году англичанин сэр Питер Мэнсфилд и американец Поль Лаутербур, заложившие основы магнито-резонансной томографии, преуспели в области медицины. Эту гибкость можно проследить и по ежегодно обновляемой тематике форумов EUROMAR. Лейтмотив нынешнего — ЯМР твердого тела и структурная биология.
Важно и то, что сейчас практически все естественные науки пронизаны ЯМР и ЭПР. Магнитный резонанс плавно перешел из физики в химию и биологию, завоевывает биохимию, биомедицину и чистую медицину. Эта тенденция отчетливо просматривается и на нынешнем форуме. Востребовано все, что касается жизни человека, протекающих в организме процессов. Такова мировая тенденция.
А история отрасли науки, достижения которой обсуждались на заседаниях, в стендовых докладах (их было более 400) и в кулуарах Конгресса и Школы, имеет истоки в начале 50-х годов ХХ столетия, когда сформировалась новая область физики — магнитный резонанс. В ней изучаются явления, сопровождающиеся излучением или поглощением электромагнитных волн радиочастотного диапазона магнитными дипольными моментами квантовых систем (ядер, электронов, атомов, молекул и т. п.). Эти явления легли в основу радиоспектроскопических методов изучения строения вещества и происходящих в нем физико-химических процессов.
Впервые избирательное поглощение радиоволн, обусловленное магнитными свойствами электронных оболочек, наблюдал в 1913 году профессор Московского университета В.К.Аркадьев, однако особенно интенсивно радиоспектроскопия начала развиваться после того как в 1944 году профессор Казанского университета Е.К.Завойский открыл явление электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). В 1946 году американские ученые, возглавляемые Ф.Блохом и Э.М.Парселлом, опубликовали сообщения о наблюдении ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в конденсированных средах и в 1950 году Г.Демельт и Г.Крюгер получили спектры ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР). В настоящее время в радиоспектроскопии используются новейшие научно-технические достижения, в том числе в областях вычислительной и криогенной техники. Разработанные на основе этих достижений приборы обладают чрезвычайно высокой чувствительностью и разрешающей способностью, и благодаря этому радиоспектроскопия позволяет исследовать процессы, которые приводят к тончайшим изменениям электронной структуры атомов и молекул.
В последние годы методы радиоспектроскопии находят все бoльшее применение в технике и промышленности, а также при контроле технологических процессов. Так, в нашей стране метод ЯМР используется при каротаже нефтяных скважин, лабораторном анализе продуктивности нефтеносных коллекторов, анализе масличности и влажности семян; методика ЭПР и разработанная на основе этого явления аппаратура используются для геологических исследований, неразрушающего контроля драгоценных камней и т. д. ЯМР в магнитном поле Земли используется для дистанционного поиска воды до глубин порядка 50–60 метров. Ядерный квадрупольный резонанс (на ядрах азота) успешно применяется для обнаружения и идентификации взрывчатых и наркотических веществ.
Важный шаг в формировании радиоспектроскопии связан с публикацией в 1954–1955 гг. статей американских (Дж.Гордон, Г.Цайгер, Ч.Таунс) и советских (Н.Г.Басов, А.М.Прохоров) физиков, создавших независимо друг от друга первые квантовые генераторы на пучке молекул аммиака. Высокая стабильность частоты квантовых генераторов определила применение их в качестве устройств хранения точного времени — эталонов времени и частоты. Межведомственной комиссией Единой службы времени СССР было принято решение о переходе с 1 января 1972 г. на новую систему Всемирного координированного времени, в основу которой положен «атомный масштаб времени».
Почти одновременно с квантовыми генераторами были созданы и квантовые усилители на основе ЭПР, основным достоинством которых является крайне низкий уровень собственных шумов. Квантовые усилители открыли новые возможности в целом ряде областей науки и техники: с их помощью была осуществлена первая в истории передача телевизионного изображения из Америки в Европу (похороны президента Дж.Кеннеди) с использованием искусственного спутника Земли в качестве пассивного отражателя радиоволн, произведена радиолокация всех внутренних планет Солнечной системы (чтобы читатель мог представить себе трудности приема отраженных от планет сигналов, укажем, что сигнал, прошедший путь до Венеры и обратно, ослабляется в 1027 раз). На основе полученных уточненных данных о взаимном расположении планет на рубеже 70-х годов была построена новая теория движения планет Солнечной системы. Квантовые парамагнитные усилители широко применяются в системах дальней космической связи и радиоастрономии, где они используются в качестве входных малошумящих каскадов приемников. Например, они входили в состав комплексов связи с автоматическими станциями серий «Зонд», «Луна», «Венера» при получении изображений обратной стороны Луны и поверхности Венеры.
На основе магнитного резонанса созданы магнитометры, обладающие исключительно высокой чувствительностью и большой точностью измерения магнитного поля. Они широко используются для изучения флуктуаций магнитного поля Земли при изменении состояния ионосферы или вследствие внутренних процессов в глубинах земного шара, для регистрации пространственных вариаций геомагнитного поля в целях геологоразведки, археологии и военных приложений.
Российские ученые имеют целый ряд приоритетных работ в очерченной области. Кроме отмеченных выше, укажем, что первая статья о получении спектров ядерного магнитного резонанса высокого разрешения с помощью фурье-преобразования (основная методика, применяемая в современных приборах) опубликована учеными Санкт-Петербургского (тогда Ленинградского) университета в 1958 году. В 1960 году молодой лейтенант В.А.Иванов подал заявку на изобретение, сущность которого состояла в способе получения изображений внутреннего строения тел на основе ядерного магнитного резонанса (известный в настоящее время метод медицинской диагностики — магнито-резонансная томография). К сожалению, рецензенты дали отрицательный отзыв и изобретение было зарегистрировано только в 1984 году, когда уже в течение десяти лет метод считался западным достижением.
Ядерный магнитный и электронный парамагнитный резонансы являются самыми эффективными и универсальными спектроскопическими методами исследования. В настоящее время магнитно-резонансные методы занимают ведущие позиции практически во всех областях химии, являются одним из основных инструментов в структурной биологии и медицинской томографии, широко применяются в фармацевтике в разработке новых лекарственных препаратов, используются в проверке фундаментальных теоретических подходов и методов, лежащих в основе создания квантовых компьютеров. Использование магнитно-резонансной томографии в медицине явилось мощным стимулом для развития новых градиентных методов магнитного резонанса, которые, в свою очередь, уже стали стандартным инструментом в ЯМР спектроскопии высокого разрешения и удовлетворяют самым сложным требованиям современных генетических исследований.
В Европе сложились сильные научные школы в области магнитного резонанса. Достаточно отметить, что за последние годы несколько европейских ученых были удостоены Нобелевской премии за выполненные работы по применению магнитно-резонансных методов в химии и медицине. Однако наибольшие успехи в данной области в значительной мере сконцентрированы в США и, частично, в Японии. Быстрое и эффективное развитие методов магнитного резонанса и его приложений требует оперативной координации исследований, выполняемых в европейских научных центрах, уровень которой на данный момент недостаточен. На решение этой актуальной задачи и была направлена деятельность конгресса EUROMAR-2008, получившая единодушное одобрение представителей научной общественности всего мира.
Научная сторона была дополнена целым рядом культурных мероприятий: экскурсиями по Санкт-Петербургу и Петродворцу, в Эрмитаж, концертом в церкви Святого Петра, который дали участники Конгресса профессор Д.Михель (орган) и доктор У.Айххофф (флейта) в сопровождении ансамбля скрипачей, и многое другое.
Основная деятельность Конгресса EUROMAR-2008 прошла на территории СПбГУ, поэтому его успех определился эффективной работой многих подразделений Университета. 
О.Б.Лапина,
профессор Института катализа
им. Г.К.Борескова СО РАН;
В.И.Чижик,
профессор СПбГУ,
Фото Анны Чижик
студентки Факультета филологии и искусств
|
