«Египетская синь»: первый в истории синтетический пигмент возвращается, выявляя отпечатки пальцев и подсвечивая клетки

В одном из залов Египетского музея посетитель останавливается перед расписным деревянным саркофагом или фрагментом древней настенной росписи, и его взгляд задерживается на синем пятне, всё ещё ярком спустя столько веков. Он наклоняется чуть ближе, читает небольшую табличку и переходит к следующему экспонату. Скорее всего, он не знает, что эта синева взята не из драгоценного камня и не из растения, а изготовлена в египетских печах, и что учёные в далёких университетах сегодня охотятся за её тайнами под микроскопом.

Материал, о котором идёт речь, учёные называют «египетской синью»; химически это силикат кальция и меди. Древний египтянин растирал песок, известь и медь или её руды, затем нагревал смесь в печи, пока она не превращалась в синюю массу, которую в свою очередь измельчали в пигмент. В научной литературе его описывают как первый синтетический пигмент, созданный человеком, — то есть первый цвет, который не существовал в природе в готовом виде, а был изобретён людьми, их руками и их знанием.

Что касается возраста пигмента, источники немного расходятся: пресс-релиз Университета Джорджии (США) говорит примерно о пяти тысячах лет, тогда как австралийский Университет Кёртина утверждает, что впервые его изготовили ещё до 3200 года до нашей эры. Какова бы ни была точная цифра, несомненно одно: ему не менее четырёх тысяч лет, и, согласно тому же австралийскому пресс-релизу, он оставался в употреблении примерно до IV века нашей эры, после чего его рецепт на столетия стёрся из памяти.

Здесь нужно быть точными в формулировках. Древний египтянин не знал ничего под названием «нано» и не стремился к тому, что недавно открыли учёные. Но он был, без всякого преувеличения, первым в истории инженером-материаловедом: он знал, что определённая смесь определённого сырья даёт определённый цвет, если огонь достигает нужной температуры, и научился стабильно воспроизводить это на протяжении столетий. Это уже само по себе наука, пусть и не записанная в уравнениях.

Современная история началась в феврале 2013 года, когда группа из Университета Джорджии под руководством исследовательницы Тины Сальгеро опубликовала статью в журнале Американского химического общества (Journal of the American Chemical Society). Группа обнаружила, что силикат кальция и меди распадается на нанопластинки настолько тонкие, что тысячи их уместились бы в ширину одного человеческого волоса, и что эти пластинки испускают невидимое глазу ближнее инфракрасное излучение — того же рода, что используют пульты дистанционного управления и автомобильные ключи.

Парадокс, привлёкший внимание учёных, состоял в том, что материал, тысячелетиями державшийся на стенах гробниц, легко распадается, если его размешать в горячей воде, как сообщал журнал Scientific American. Более того, исследователям удалось напечатать эти пластинки на обычных струйных принтерах, что открыло путь к идее «наночернил», которые выглядят для глаза совершенно обычно, но испускают инфракрасный сигнал, улавливаемый подходящим прибором.

У материала есть и экономическое преимущество, не менее важное, чем физическое. Большинство веществ, излучающих в инфракрасном диапазоне, основаны на редкоземельных элементах — дорогих и крайне неравномерно распределённых по планете. Египетская же синь состоит из кальция, меди, кремния и кислорода, то есть из дешёвых и широко распространённых элементов, в чём исследователи увидели потенциальную экономическую и экологическую выгоду.

Первое применение, вышедшее из лаборатории в осязаемый мир, пришло из Австралии. 24 мая 2016 года Университет Кёртина объявил об исследовании, опубликованном в журнале Dyes and Pigments: группа профессора Саймона Льюиса использовала тонко размолотый порошок египетской сини для выявления скрытых отпечатков пальцев на узорчатых и отражающих поверхностях, где традиционные порошки обычно бессильны, — в том числе, как сообщалось об этом исследовании, на полимерных банкнотах. Всё, что нужно криминалисту, — дешёвый источник белого света и обычная цифровая камера с простой модификацией, чтобы зафиксировать то, что пигмент излучает в инфракрасном диапазоне.

Затем, в 2020 году, последовал самый большой скачок: группа из Гёттингенского университета (Германия) вместе с партнёрами из Калифорнийского университета в Риверсайде опубликовала исследование в журнале Nature Communications. Группа измерила излучение нанопластинок египетской сини и обнаружила его на длине волны около 910 нанометров; но главное — это излучение не угасает при длительном воздействии света, в отличие от привычных органических красителей вроде родамина, которые быстро выцветают под лазером. Практически это означает, что исследователь может наблюдать образец часами, а метка не погаснет.

Группа использовала эти пластинки как тонкие зонды внутри эмбрионов плодовой мушки, отслеживая движение каждой частицы по отдельности в пространстве между клетками, чтобы по нему считывать механические свойства ткани; при этом заметили, что частицы, расположенные ближе к клеточным ядрам, движутся в более узком диапазоне, что исследователи объяснили большей плотностью среды вокруг ядер. Пластинки также ввели в листья растения арабидопсис методом инфильтрации раствора в лист безыгольным шприцем — обычной для растительных лабораторий техникой, — и они оставались видимыми благодаря своему характерному сигналу. И всё это было зафиксировано обычными недорогими кремниевыми камерами, а не охлаждаемыми азотом камерами, которых требуют многие инфракрасные материалы.

Почему это важно? Потому что ближнее инфракрасное излучение проникает в живые ткани лучше видимого света, и именно поэтому исследователи делают на него ставку в биомедицинской визуализации, в защитных чернилах, оберегающих документы от подделки, и в устройствах оптической связи. Однако честность требует сказать: всё перечисленное, на момент написания этих строк и насколько нам известно, по-прежнему остаётся в рамках исследований и лабораторных экспериментов и пока не превратилось в медицинский продукт, применяемый на пациентах.

Вернёмся к вопросу о гордости — потому что это гордость с оговоркой. Точная правда такова: современное свойство было открыто в древнем материале, а не предки намеренно спрятали в стенах нанотайну. Но чем действительно стоит гордиться, так это тем, что древний египтянин выбрал правильное сырьё, выверил огонь и тысячи раз повторил свой рецепт с одним и тем же результатом, оставив миру материал настолько стабильный, что учёные XXI века нашли в нём то, чего не нашли в материалах, спроектированных в самых современных лабораториях.

И вопрос, который возвращается к читателю: где сегодняшние лаборатории по отношению к этому наследию? Три исследования, на которых построена эта статья, вышли из Джорджии, Перта и Гёттингена в сотрудничестве с Риверсайдом. Но картина в Египте не пуста: реставраторы лаборатории дерева Центра реставрации Большого Египетского музея в исследовании, опубликованном в 2017 году, использовали свечение египетской сини в инфракрасном диапазоне, чтобы отследить её распределение на расписном деревянном саркофаге Позднего периода — даже там, где её следы были едва заметны или смешаны с другими пигментами, — а это то же самое применение свойства, за которым гонится весь мир; исследователи же из Национального исследовательского центра и Национального исследовательского центра жилья и строительства в 2023 году синтезировали пигмент в наноразмерном виде для декоративных и антикоррозийных покрытий. Что касается биовизуализации или выявления отпечатков пальцев с помощью нанопластинок, то на момент написания этих строк нам не удалось найти ни одного опубликованного египетского исследования, — хотя, возможно, это пробел в том, что дошло до нас, а не в том, что существует. Сырьё по-прежнему здесь — песок, известь и медь, — и студенты-химики и физики наших университетов заслуживают того, чтобы им сказали: в материале, носящем имя их страны, заключено открытое исследовательское поле, двери которого ещё не закрыты.

И когда тот посетитель в следующий раз вернётся в тот же зал и встанет перед тем же синим пятном, возможно, он увидит его иными глазами: не просто красивый цвет, а послание от безвестного химика, составившего первый в истории синтетический цвет, — послание, которое по-прежнему доходит, невидимым для нас светом, до лабораторий, о существовании которых он и помыслить не мог.