50 лет в строю или Запрограммированная смерть

Идея создания комплекса биохимических ультрамикрометодов пришла в голову Льву Степановичу Сандахчиеву еще в 1966 г., когда он расстался с транспортной РНК и вдруг решил изучать биохимию отдельных живых клеток средиземноморской водоросли ацетабулярии (Acetabularia mediterranea).

Первый новосибирский микроспектрофотометр МСФП‑1 позволял работать с колонками объемом в одну миллионную часть кубического сантиметра, и поэтому все сопутствующие биохимические операции было возможно проводить только под бинокулярной лупой с помощью микроманипуляторов.

Однако еще в XIX в. появилась гистология, а в середине XX в. работа с отдельными клетками стала рутинной. В живой клетке такие соединения, как нуклеиновые кислоты, белки, полисахариды, липиды, присутствуют в очень высоких концентрациях, а потому их распределение в клетке можно легко изучить с помощью специфичных красителей и микроскопов – ​оптических и электронных. Покрасить и увидеть вещества можно, но в 1960-е гг. никто не мог даже мечтать о том, что легко наблюдаемые в микроскопе вещества можно выделить в химически чистом состоянии и расшифровать структуру этих молекул. Смею предположить, что Лев Степанович был, если не первым, то точно одним из первых биохимиков, поставивших перед собой такую задачу.

Сандахчиев увлекался многими вещами, например, таким экстримом, как спелеология. Еще одним из увлечений был преферанс. Судьба свела его за карточным столом с Сергеем Владимировичем Кузьминым, гениальным, без преувеличения, оптиком и конструктором, лауреатом Государственной премии СССР и диссидентом, а в то время — старшим лаборантом из соседнего Института теплофизики, без высшего образования и с окладом 70 рублей, мечтавшим стать чемпионом мира по велоспорту (Грачев, 2004)

В сказочном новосибирском Академгородке царила свобода, и все казалось осуществимым. За это надо сказать большое спасибо не только Льву Степановичу, но и создателю Сибирского отделения АН академику Михаилу Алексеевичу Лаврентьеву и нашему шефу Дмитрию Георгиевичу Кнорре, который сделал всего лишь одно – ​не мешал.

Сказано – ​сделано. Вечерами юные ученые не теряли времени даром и играли в карты, в особенности в преферанс. Так и встретились Лев Степанович и лаборант-оптик Сергей Владимирович Кузьмин, в то время знаменитый и тем, что разбил одним ударом кухонный карточный стол за нарушение канонического правила «нет хода – ​не вистуй». Ну, и тут Лев Степанович буквально на спор поставил задачу перед Сергеем Владимировичем: «Серега, поспорим, не сделаешь ты такой микроспектрофотометр, который чувствительнее самых продвинутых импортных моделей в 10 тысяч раз». Ну и, конечно, Сандахчиев проспорил. Серега успешно выполнил эту работу за 3 месяца и выиграл 210 рублей (70 рублей была месячная зарплата лаборанта-оптика). Остальные подробности описаны в научной литературе (Кузьмин и др., 1969).

Отличия – ​принципиальные

Дальше совсем просто. В чем принципиальное отличие? В 10 тысяч раз лучше мирового уровня – ​совсем неплохо. Ну, во‑первых, простому биохимику работать неудобно – ​приходится использовать микроманипулятор. И во‑вторых, и это гораздо важнее, очень трудно измерять ультрафиолетовые спектры. Фотометрическая «кювета» МСФП‑1 представляла собой просто нижнюю часть микролитровой хроматографической колонки, и свет падал на нее сбоку, перпендикулярно к оси колонки.

Тут я могу с гордостью сказать, что это была моя идея – ​сделать микрокювету с плоскопараллельными окошками из плавленого кварца. Одно окошко представляло собой простой цилиндрик размером с пуговицу от рубашки, а второе – ​аналогичное изделие с четырьмя отверстиями. В дырочки вставлены внатяг полиэтиленовые капилляры и обрезаны под корень с внутренней стороны лезвием бритвы. Дальше – ​совсем просто. Собираем кювету: берем первое окошко, кладем на него тефлоновую прокладку толщиной в половину миллиметра, в которой вырезано две щели. Дальше кладем сверху второе окошко и зажимаем получившуюся микрокювету в струбцине. Микрокювета готова (Baram et al., 1983).

«...Сразу захотел применить новый метод в обычной – не клеточной – биохимии, которой тогда занимался. Мастерские быстро изготовили второй экземпляр. Через год мы с коллегой, Сашей Гиршовичем, отправили первую публикацию по полученным на приборе данным в международный журнал BBA. Ее не приняли. Рецензент смотрел в корень — он просто написал, что “в таком масштабе работать нельзя”.
И он был прав. Один раз мы с Сашей потратили на это дня два. Ничего не получалось. Причина оказалась простой: хроматографическую микроколонку нужно было помещать в дебри прибора, внутрь, а растворитель вводить вслепую. Колонка была такой маленькой, что просто потерялась, а мы, не зная об этом, гнали растворитель мимо.
Для обычной биохимии, чтобы не нужен был микроманипулятор, мы увеличили масштаб в 10 раз и получили установку с чувствительностью в 1000 раз лучше мирового уровня!».

Грачев, 2004

Видите – ​ларчик просто открывался. Теперь между двумя щелями можно гонять луч света и построить на базе плоскопараллельной микрокюветы двухлучевой спектрофотометр (Кузьмин, 1974) и все другие узлы микроколоночного жидкостного хроматографа. Так была приобретена возможность очень точного измерения ультрафиолетовых спектров и очень точного измерения, так называемой оптической плотности, т. е. поставленная задача была решена. Правда, за это пришлось заплатить уменьшением чувствительности нового прибора Обь‑4, прадедушки Милихрома, в 10 раз. Вот и все.

Работает моя кювета 50 лет. Это проверено, а хроматограф Милихром – ​лучший на мировом рынке. Можете мне поверить.

В чем состояло принципиальное отличие Милихрома от существовавших в то время спектрофотометров? Возьмем эталонный и существующий и в настоящее время прибор американской фирмы «Кэри». Это двухлучевой спектрофотометр. Световой луч в нем поочередно направляется в кювету образца и кювету сравнения. Дальше из сигнала образца вычитается сигнал сравнения, получается точное значение оптической плотности при заданной длине волны. Прибор имеет блестящие метрологические характеристики. Но, во‑первых, мало подходит для микроспектрофотометрии, а во‑вторых, имеет слишком сложную оптическую схему.

Обратимся к изобретению С. В. Кузьмина «Двухлучевой спектрофотометр» (1974): в нем вместо 8 зеркал, как в спектрофотометре «Кэри», имеется всего два – ​маленькое выпуклое и большое вогнутое. Это устройство называется объективом Кассегрена. Изобретение Кузьмина состоит в том, что спектрофотометр построен на базе объектива Кассегрена, но деление лучей между кюветой образца и кюветой сравнения осуществляется путем поворота на определенный угол маленького выпуклого зеркала. Вот и все.

СНАЧАЛА НУЖЕН ГЕНИЙ «К началу 1990-х гг. в России удалось выпустить 6000 Милихромов, правнуков первого микроспектрофотометра, для множества отраслей – ​науки, криминалистики, фарминдустрии, охраны природы. В годы перестройки уже частной фирме удалось выпустить и продать в “нищей России” около 400 Милихромов А‑02, приборов на мировой элементной базе, в основе которых – ​все тот же микроспектрофотометр С. В. Кузьмина. За 40 тысяч долларов штуку. Почему? Ответ прост: в коммерческой лаборатории прибор окупается за год.

Лицензию на право использования изобретения С. В. Кузьмина купил тогдашний лидер научного приборостроения шведская фирма LKB. К этой акции и я приложил руку – ​пригодилось знание английского и гены “красного купца”. Под руководством Лицензинторга прошел полезную школу международной торговли интеллектуальной собственностью – ​позднее на Байкале это очень мне пригодилось. Мы получили около 60 тысяч долларов и прекрасный швейцарский фрезерный станок, за которым я потом провел много месяцев, изготовляя новые “железки”.
Сейчас много мечтают об “инновациях”. Начальники плохо понимают три вещи. Во-первых, для инновации желательны безумные идеи: например, выращивать средиземноморскую водоросль посреди Сибири. Во-вторых, нужен талант, а лучше – ​гений, который не обещает, а делает работоспособный предмет. Таланты и гении, как правило, люди очень неудобные и малоуправляемые. Как ни трудно, а приходится их терпеть. В-третьих, риск неудачи очень велик, а времени на внедрение нужно очень много – ​лет десять. Зато один Милихром окупает затраты не на один десяток академических лабораторий. От того же, что на доме появляется вывеска “Технопарк”, гении в нем не заводятся».

Грачев, 2004

Залог особой надежности прибора прежде всего в том, что в нем не 8 зеркал, а всего 2. Поэтому меньше вероятность поломок.

Каково состояние «милихромстроения» сегодня? Отличное, если забыть, что денег нет. Милихром 50 лет в строю. У него нет запрограммированной смерти. И не будет.

Литература

Baram G. et al. Micro-column liquid-chromatography with multi-wave-length photometric detection I. The ob-4 micro-column liquid chromatograph // J. of Chromatography. 1983. N. 264. P. 69—90.

Кузьмин С. В. и др. Простая процедура количественного хроматографического анализа в ультрамикрошкале // Биохимия. 1969. № 34(4). С. 706—711.

Кузьмин С. В. «Двухлучевой спектрофотометр», описание изобретения к авторскому свидетельству № 361720, опубликовано 15.04.74, бюллетень № 14.

Редакция благодарит Г. Филиппову за помощь в подготовке публикации и Г. Барама за предоставленные фото