Віагра, тефлон та мікроби у боротьбі з пластиком: вісім несподіванок, що трансформували наш світ.

Кардіостимулятор: як технічна помилка врятувала мільйони сердець

Історія наукових досягнень нерідко розпочинається не з геніальних формул, а з неочікуваних випадковостей і збігів. Те, що спершу виглядає як помилка або аномалія, може виявитися основою для грандіозного відкриття. Все залежить від того, чи вистачить спостережливості, щоб це зауважити, і бажання, щоб дослідити далі. Ця колекція розповідає про винахідників, які в певні моменти помилялися, але зрештою їхні помилки стали причинами позитивних змін у світі.

Історії численних відкриттів часто властиві випадкові обставини. Однак справжні прориви виникають тоді, коли людина не ігнорує незвичайні результати, а вирішує їх дослідити. Саме це зробив 6 квітня 1938 року американський хімік Рой Дж. Планкетт.

У той день він перебував у лабораторії компанії DuPont, займаючись розробкою нового холодоагенту для холодильних систем. Під час одного з експериментів він помітив, що газ тетрафторетилен у балоні раптом зник. Натомість утворився білий твердий осад. Замість того, щоб вважати це простою помилкою чи дефектом у обладнанні, Планкетт вирішив детально розібратися в причинах цього явища.

Виявилося, що тетрафторетилен несподівано полімеризувався, утворивши абсолютно нову речовину. Матеріал мав незвичні властивості: витримував високу температуру, не вступав у хімічні реакції й був настільки слизьким, що до нього майже нічого не прилипало.

Так виник політетрафторетилен. Компанія DuPont швидко визнала його потенціал і вже в 1941 році отримала патент на цю нову сполуку. У 1945 році була зареєстрована торговельна марка Teflon. Спочатку тефлон застосовувався в оборонній промисловості, зокрема в рамках Мангеттенського проєкту, де його використовували для покриття компонентів, які контактували з агресивними речовинами, такими як урановий гексафторид.

Лише через деякий час, у 1954 році, французький інженер Марк Грегуар прийшов до ідеї покрити сковорідку тефлоном, що дозволило уникнути прилипання їжі. Незабаром після цього на американському ринку з'явилися перші сковорідки з антипригарним покриттям.

Це кардинально трансформувало процес кулінарії та значно полегшило очищення посуду.

Проте на цьому подорож тефлону не закінчується. З часом його використання поширилося далеко за межі кухонних приладів. Завдяки своїй хімічній стабільності та витривалості в екстремальних умовах, тефлон почали впроваджувати в текстильній індустрії, електроніці, авіаційній галузі та медицині — наприклад, у виробництві шовного матеріалу та імплантатів. Він навіть знайшов своє місце в космічних технологіях, зокрема для ізоляції проводів і елементів скафандрів.

Чарльз Ґудьєр роками намагався "приборкати" гуму. Вона текла під сонцем, тріскала на морозі, була примхливою й абсолютно непрактичною. Щоб знайти рішення, Ґудьєр продавав майно, залазив у борги й безупинно експериментував.

У рамках одного з експериментів він піддав гуму впливу азотної кислоти. В результаті матеріал потемнів і на вигляд став пошкодженим. Розчарувавшись, він відкинув шматок у бік. Проте згодом зауважив, що гума стала гладкою, міцною та втратила свою липкість. Це викликало його цікавість.

Тоді він вирішив ввести до складу сірку. Відповідно до легенди, в 1839 році шматок обробленої гуми випадково потрапив на гарячу поверхню. Замість розплавлення, матеріал потемнів, затвердів і набув нових характеристик — став еластичним, водостійким і витривалим до температурних змін. Тепер гума не боялася ні літньої спеки, ні зимового холоду.

Таким чином, Ґудьєр започаткував процес вулканізації, назвавши його на честь римського бога вогню Вулкана. Він невтомно вдосконалював свою формулу, прагнучи досягти досконалості, проте саме ця несподівана подія стала вирішальним моментом у його дослідженнях.

У 1844 році Ґудьєр здобув патент на свій інноваційний метод.

Попри революційність відкриття, Ґудьєр не зміг отримати значного фінансового прибутку через численні порушення патенту та судові процеси. Він помер у злиднях у 1860 році.

Сьогодні Віагра стала відомою як "чарівна синя таблетка" для чоловіків. Проте, менш відомим є той факт, що спочатку її розробляли зовсім з інших причин.

У 1989 році в лабораторії компанії Pfizer, розташованій у Сандвічі, Великобританія, хімік Саймон Кемпбелл разом зі своєю командою створили сполуку силденафіл. Цю речовину розглядали як можливий засіб для лікування стенокардії та гіпертонії. Однак під час перших клінічних досліджень у 1990-х роках було виявлено, що препарат має обмежений вплив на серцево-судинну систему.

Однак науковці виявили несподіване побічне явище: у чоловіків, які брали участь у тестуванні, спостерігалося значне покращення ерекції. Цей ефект виявився настільки вираженим, що деякі учасники навіть не бажали повертати невикористані залишки препарату після завершення експерименту.

Усвідомивши потенціал цього відкриття, Pfizer змінила напрямок досліджень і зосередилася на вивченні силденафілу як засобу для лікування еректильної дисфункції. У 1998 році препарат був схвалений Управлінням із контролю за продуктами і ліками США (FDA) під торговою назвою Viagra. Він став першим пероральним засобом, схваленим для лікування еректильної дисфункції в США.

Віагра миттєво завоювала визнання і стала втіленням нової епохи в терапії сексуальних порушень. Її тріумф також проклав шлях для подальшого вивчення та створення інших медикаментів, що допомагають боротися з еректильною дисфункцією.

У 1968 році хімік Спенсер Сілвер намагався створити суперміцний клей для потреб авіації. Але щось пішло не так -- замість потужного клею він отримав речовину, яка трималася слабенько. Проте мала цікаву властивість: добре липла, легко відклеювалася і не лишала слідів.

Сілвер помітив цей нюанс. Він вивчив, що причина полягає в мікросферах — малесеньких часточках, які надавали клею властивість бути "липким, але не вічним". Здавалося, що з цього мало користі. Проте винахідник не втратив надії і продовжував обговорювати цю ідею з колегами.

Минуло кілька років. Арт Фрай, інший працівник компанії, шукав закладку для свого молитовника -- таку, щоб трималася, але не рвала сторінки. Згадав про той "дивний клей", спробував -- і о, диво! -- все працювало ідеально.

Так виникли Post-it — стікери, які можна наклеювати і знімати без обмежень. А що стосується їх яскраво-жовтого кольору, то це всього лише випадковість: у лабораторії на той момент виявився лише жовтий папір.

У 1945 році інженер Персі Спенсер займався удосконаленням радарних технологій і проводив випробування магнетрону — пристрою, здатного генерувати мікрохвилі. Під час одного з експериментів він виявив, що шоколад, який він тримав у кишені, раптово розтанув. Це відкриття викликало в нього подив, який незабаром змінився на цікавість: чи могли саме мікрохвилі стати причиною цього явища?

Щоб підтвердити свою теорію, Спенсер вирішив провести серію експериментів. Яйце -- вибухнуло. Кукурудзяні зерна -- перетворились на попкорн. Отримані результати вразили його настільки, що він усвідомив: перед ним відкривається можливість для створення чогось абсолютно оригінального.

Так з'явилася ідея мікрохвильової печі. Перші моделі були великими і доволі дорогими. Але з роками техніка ставала компактнішою, зручнішою і доступнішою. До кінця 1980-х років мікрохвильові печі стали звичним елементом побуту в багатьох домівках у всьому світі.

Принцип функціонування дуже простий: магнетрон генерує мікрохвилі, які активізують вібрацію молекул води в їжі. Це призводить до утворення тепла, завдяки чому продукти швидко нагріваються.

У 2001 році аспірантка хімії Джеймі Лінк у Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго працювала над пористим кремнієвим чипом... який випадково розколовся на дві частини. Здавалося б, експеримент провалився.

Але ось і несподіванка! Виявилося, що маленькі частинки чипа все ще функціонували — вони випромінювали сигнали, змінюючи свій колір при контакті з певними речовинами. Це відкриття внесло новий аспект у поняття "інтелектуального пилу" — мікроскопічних пристроїв, які здатні не лише збирати та обробляти інформацію, але й передавати її.

Сьогодні ці частинки використовують для:

Пластик — це один з найзначніших винаходів минулого століття, який надав можливість замінити дерево, папір і метал на легкі, водостійкі та корозійностійкі матеріали. Однак, з часом виявилося, що існує і негативний аспект. Пластик практично не підлягає розкладанню, і саме ця обставина стала серйозною загрозою для навколишнього середовища.

У 2001 році японська дослідницька команда під керівництвом Коухея Оди розпочала проект, спрямований на виявлення бактерій, які можуть розкладати пластик. Під час своїх експериментів на сміттєзвалищі в місті Сакаї, Японія, вони виявили мікроорганізм, здатний не лише розщеплювати пластик, але й буквально "поїдати" його. Цей мікроб отримав назву Ideonella sakaiensis.

Хоча наукові роботи стартували в 2001 році, результати були вперше опубліковані лише в 2016 році в журналі Science. У той період проблема забруднення пластиком не була такою актуальною, тому відкриття не здобуло значної популярності.

Ideonella sakaiensis розкладає поліетилентерефталат (ПЕТ) за допомогою двох ферментів: PETази та MHETази. PETаза розщеплює ПЕТ на проміжний продукт MHET (моно(2-гідроксиетил)терефталат), який потім MHETаза гідролізує до терефталевої кислоти та етиленгліколю -- мономерів, які бактерія використовує як джерело вуглецю та енергії.

У лабораторних умовах мікроорганізм розкладає тонкий шар ПЕТ (завдовжки 2 см) приблизно за шість тижнів при кімнатній температурі.

Сьогодні, коли пластикові пляшки та пакети розкладаються протягом сотень років, відкриття бактерії Ideonella sakaiensis може стати ключовим кроком у боротьбі з забрудненням пластиком. Вчені активно працюють над удосконаленням ферментів цієї бактерії, щоб прискорити процес розкладання і розширити асортимент пластикових матеріалів, які вона здатна перетворювати.

Вілсон Ґрейтбетч, інженер-електрик, працював у сфері медичних досліджень в 1956 році, коли скоїв помилку, що кардинально змінила його долю та вплинула на медицину в цілому. Він намагався розробити апарат для моніторингу серцевого ритму, але випадково використав неправильний резистор — замість 10 кОм, він обрав 1 МОм. Внаслідок цього пристрій не лише не фіксував серцебиття, а й почав генерувати імпульси у чітко структурованому ритмі.

Ґрейтбетч миттєво оцінив можливості цього відкриття і почав працювати над розробкою першого дійсно портативного кардіостимулятора.

До того часу кардіостимулятори могли функціонувати лише від електромережі – єдиним варіантом було перемістити пристрій в інше приміщення. Концепція, що дозволяє хворій на серце людині вільно рухатись, здавалася справжнім проривом.

Після кількох років роботи Ґрейтбетч встановив свій винахід першому пацієнту у 1960 році -- і вперше в історії вдалося вилікувати блокаду серця в такий спосіб. Пізніше він ще й розробив довговічну літієву батарею, яка забезпечувала живлення на багато років.

Його ненавмисна помилка стала основою одного з найзначніших медичних досягнень XX століття. У 1985 році Американське товариство професійних інженерів визнало кардіостимулятор одним із десяти найзначніших інженерних винаходів півстоліття.