الترفيه والصيد وصيد الأسماك في كاريليا. التركيب والخصائص الفيزيائية للفوليرين - C60

يجب أن يحمي الإنسان منزله من المطر والبرد ؛ حديقتك من الآفات. الهواء من غازات العادم الماء من الشوائب القادمة من الصناعات الضارة ، أي على الإنسان الذي يعيش في بيئته أن يحمي بيئته من خلق يديه ، من "نفسه".

من سينقذ الشخص؟ الجمال؟

وفقًا للعلماء ، هناك نوع معين منه يمكن أن يجعل وجودنا أسهل.

هذا هو جمال جزيئات الكربون متعددة الذرات ، والتي تسمى "الفوليرين".

الفوليرين جزيئات غير عادية على شكل كرة قدم. مثل الكرة ، فهي مجوفة من الداخل وقد أرادوا حتى تسميتها "كرة القدم" ، لكن من المستحيل لعب كرة القدم بالفوليرين ، لأن حجمها يبلغ 1 نانومتر ، أي جزء من المليار من المتر.

الفوليرين هو التعديل الرابع للكربون غير المعروف سابقًا (الثلاثة الأولى هي الجرافيت والماس والكربون). تم اكتشافه في عام 1985 ، وبالصدفة. أصبح الكيميائي وعالم الفيزياء الفلكية الإنجليزي هارولد كروتو ، الذي درس الغبار بين النجوم ، مهتمًا بجزيئات الكربون الموجودة هناك. بعد أن واجه صعوبات في تحليلهم ، طلب المساعدة من زملائه الأمريكيين روبرت كيرل وريتشارد سمالي ، الذين شاركوا في تبخر المواد باستخدام الليزر. كل الثلاثة بدأوا العمل بحماس. تبخر الجرافيت لإنتاج الجسيمات التي كانوا يبحثون عنها ، فوجئوا بالعثور على جزيئات كربون غير معروفة تشبه كرة القدم في البقايا. تم تذكير هارولد كروتو ، البادئ بهذه القصة ، بقشرة الجزيء الجديد من خلال العمل الشهير للمهندس المعماري الأمريكي آر بي فولر - القبة الجيوديسية للجناح الأمريكي في المعرض العالمي EXPO-67. اقترح كروتو تسمية الجسيمات الجديدة باسم فولر. هكذا ظهرت كلمة "فوليرين".

أرسل الباحثون على الفور تقريرًا عن اكتشافهم إلى مجلة Nature.

أثار اكتشاف جزيئات جديدة اهتمامًا لا يُصدق بأبحاثهم الإضافية. اندلعت "طفرة الفوليرين" ، والتي أدت إلى إنشاء تقنيات النانو ، وبمساعدتها ، إلى تطوير مواد ومركبات لم تكن موجودة من قبل مخصصة لمختلف مجالات العلوم والتكنولوجيا والطب والصيدلة.

في عام 1996 ، حصل R. Curl و H. Kroto و R. Smalley على جائزة نوبل في الكيمياء لاكتشاف الفوليرينات. أحدثت الفوليرين ثورة حقيقية! وعلى الرغم من أن نتائجها ملحوظة حتى الآن في العلوم والتكنولوجيا فقط ، فإن ثورة في الطب ليست بعيدة.

تكمن الثورة في نقلة نوعية من جزء المليون من المتر إلى النانو ... جزء المليار. نحن نفتح آفاقًا للحصول على مواد جديدة بمساعدة التقنيات النانوية ، وبالطبع ظهور الطب النانوي ("النانو" يعني "القزم"). قد لا تجد بعد كلمة "طب النانو" في القواميس ، لكن هذه الصناعة أعلنت بالفعل حقها في الوجود.

صغير لكن دقيق:

دعونا ننظر في خصائص الفوليرين من وجهة نظر تطبيقها في الطب.

ومن أبرز خصائص هذه المواد قدرتها على تكوين محاليل مائية. من خلال دمج مادة الفوليرين الأكثر ثباتًا (تسمى C60) في جزيء الماء ، تمكن العلماء من خلق بيئة مائية مشابهة جدًا للبيئة في خلايا الجسم السليمة. الماء مع الفوليرين المدمج يحيد الجذور الحرة ، أي أنه مضاد للأكسدة. الجذور الحرة هي سبب العديد من الأمراض. هذه الجزيئات التي تتشكل في أجسامنا تتلف الكروموسومات وتؤدي إلى شيخوخة الخلايا والسرطان وانخفاض المناعة. تعارضهم مضادات الأكسدة - وهي مواد مفيدة تتحد مع الجذور الحرة وتمنع آثارها المدمرة.

مضادات الأكسدة العادية هي قطعة ، مواد تستخدم مرة واحدة. لنفترض أن جزيء الفيتامين ، عند دمجه مع الجذور الحرة ، يشكل مركبًا غير ضار وهو خارج اللعبة. جزيء واحد لكل جذري؟ ليس كثيراً! وتستمر كرة الفوليرين لفترة طويلة: فهي تبقى في اللعبة طوال الوقت ، وتمتلك الخاصية السحرية لجذب الجذور الحرة إلى نفسها. بالإضافة إلى ذلك ، تتحد هذه الجذور "الملتصقة" مع بعضها البعض وتشكل مواد غير ضارة. نظرًا لوجود الفوليرين ، تتسارع هذه العملية بشكل لا يصدق ، ثم يتم التخلص من الجذور المؤسفة بأعداد كبيرة. تعتبر محاليل الفوليرين أكثر فعالية بعدة مرات من مضادات الأكسدة التقليدية. في غضون ذلك ، يقول الباحثون إن الفوليرين ليس دواء بالمعنى المعتاد للكلمة ، لأن الدواء يساعد في علاج مرض معين ، وتعمل محاليل الفوليرين على نطاق أوسع ، في حجم الكائن الحي بأكمله.

دواء بالبادئة "نانو"

إن إمكانيات هذه الكرات النانوية لا تنضب حقًا ولا تقتصر على محاربة الجذور الحرة فقط. الفوليرينات قادرة على تكوين مجموعات كاملة من المركبات النشطة بيولوجيا. عند ملء تجويف الفوليرين بمادة علاجية ، يمكنك دفع هذه الكرة ، كما لو كانت في الجيب ، إلى النقطة المطلوبة. يمكن استخدام هذه الفوليرينات ، التي يطلق عليها مازحا محشوة ، لتوصيل المضادات الحيوية والفيتامينات والهرمونات إلى الخلايا المريضة. يجري العمل الجاد بشكل خاص على إنشاء مستحضرات الفوليرين لعلاج أمراض الدماغ. لأول مرة في العالم ، تم تصنيع أحد مضادات الأكسدة الفوليرين لعلاج خلايا الدماغ التالفة في جامعة تل أبيب. أعطى استخدامه نتائج إيجابية في التجارب التي أجريت على الحيوانات حتى الآن. من المتوقع تطوير هذه التقنية بشكل أكبر لعلاج التصلب المتعدد ومرض الزهايمر. تُجرى التجارب باستخدام مادة الفوليرين لإيصال الأدوية عبر الجلد دون استخدام الحقن. يتم تطوير طرق لتدمير جينومات الفيروسات التي تخترق الخلية الحية بواسطة الفوليرينات القادرة. واعد العمل على استخدام الفوليرين كترياق. يمكنك الاستمرار لفترة طويلة ... في جميع أنحاء العالم ، يتم البحث عن أدوية الفوليرين ضد السرطان ، والنتائج مشجعة!

إنه لأمر مؤسف أن أحد مكتشفهم ، ريتشارد سمالي ، لم يرق إلى الانتصار النهائي للكرات النانوية الواهبة للحياة. توفي عام 2005.

تستمر الأبحاث حول معالجة تكوينات الكربون ، على الرغم من أنها لم تتجاوز المعامل بعد.

حجر الأردواز والفوليرين:

غالبًا ما تكون الاكتشافات البارزة أسطورية في البداية ، ويبدو أنها يمكن أن تصنع العجائب.

في روسيا ، بدأت "حمى الفوليرين" في أواخر التسعينيات من القرن الماضي. كان مرتبطًا بصخور صخرية كربونية - شونجيت ، تم اكتشاف رواسبها في كاريليا.

وفقًا لإحدى الروايات ، بعد أن علم الجيولوجي السوفيتي S. Tsipursky باكتشاف الفوليرين ، قام بتسليم shungite ، الذي أحضره من كاريليا ، إلى مختبر جامعة أريزونا في أمريكا للبحث. نُشرت نتائج هذه الدراسة ، التي أجريت بمشاركة تسيبورسكي نفسه ، في مقال في مجلة علمية في عام 1992. وقالت أنه تم العثور بالفعل على كمية صغيرة من الفوليرين في شونجيت. أصبح إحساسًا تسبب في مزيد من البحث عن الشونجيت للأغراض الطبية.

ومع ذلك ، كانت هناك منذ فترة طويلة أساطير حول الخصائص العلاجية للشونجيت. هذا اللوح الأسود الشرير كان يسمى حجر الأردواز في الأيام الخوالي. ثم أطلق عليها اسم "شونجيت" - من قرية شونجا كاريليان ، حيث شق نبع بمياه شافية طريقه عبر رواسب هذه الصخرة. قال كبار السن المحليين أن shungite سيشفي مائة قرحة. وفقًا للأسطورة ، تم علاج البويار Xenia Romanova ، الذي نفيه بوريس غودونوف إلى هذه الأجزاء ، من العديد من الأمراض هنا. كانت والدة أول القيصر الروسي ميخائيل فيدوروفيتش. في ذكرى لها ، أطلق على الربيع المعجزة اسم "مفتاح تساريفيتش". ومع ذلك ، بعد الإفراج عن زينيا ، نسوا أمره. كانت كسينيا رومانوفا هي جدة بطرس الأكبر ، وربما وصلت إليه أساطير العائلة حول الخصائص العلاجية لحجر الأردواز. ربما كان للحجر أيضًا خصائص مطهرة. بطريقة أو بأخرى ، ولكن هناك أدلة على أن بيتر أمر بالحفاظ على حجر صخري في حقائب الجندي ووضعه في أواني من الماء ، "من أجل الحفاظ على قوة معدته". من الواضح أن جنود الجيش السويدي ، الذين هُزِموا في معركة بولتافا ، لم يتمكنوا من إنقاذ "حصن البطن": في صيف عام 1709 الحار ، تعرضوا للضرب بسبب وباء الزحار في ذلك الوقت.

تُستخدم صخور الشونغيت في البناء وعلم المعادن ، وقد تم مؤخرًا استخدام shungite بنجاح في فلاتر تنقية المياه.

في عام 2003 ، أي بعد عشر سنوات من النشر المثير الأول ، نُشر مقال في مجلة الجمعية الجيولوجية الأمريكية ، والذي أفاد بأن الفحوصات الشاملة لم تؤكد وجود الفوليرين في الشنجيت. بالإضافة إلى ذلك ، حتى لو كانت موجودة ، فلن يتم إنشاء تأثير الشفاء بواسطة الحجر نفسه ، ولكن بواسطة محلوله المائي.

الإلكترونيات العضوية:

أنشأ العلماء في معهد جورجيا للتكنولوجيا ، نتيجة لأبحاثهم ، مصفوفة من الترانزستورات عالية السرعة ذات التأثير الميداني على أساس الفوليرين C60.

أشار البروفيسور برنارد كيبلين إلى أن أشباه الموصلات العضوية هي مادة جديدة تمامًا وحديثة وواعدة جدًا في مجال الإلكترونيات النانوية.

إن نطاق الإلكترونيات النانوية العضوية ضخم: من شاشات العرض ولوحات الإعلانات الإلكترونية النشطة إلى علامات RFID وأجهزة الكمبيوتر المرنة.

مستحضرات التجميل النانوية: خلايا التجميل:

لا يزال استكشاف تقنية النانو قيد الاستكشاف ، ولكن هناك بالفعل مجموعة كاملة من منتجات التجميل التي تستخدم الخصائص الرائعة للفوليرين. على عبوات هذه المنتجات ، يكتبون عادةً: "يحتوي على الفوليرين" أو "يحتوي على C60" (هذا هو الجزيء الأكثر استقرارًا من هذه المجموعة). يدعي المصنعون أن الكريمات التي تحتوي على مادة الفوليرين تحسن بشكل كبير من حالة البشرة الناضجة ، وتبطئ عملية الشيخوخة ، وتحافظ على مرونة ونضارة الوجه.

قيد التوقيف:

يعد طب النانو اتجاهًا جديدًا تمامًا في مكافحة الأمراض. وعلى الرغم من حقيقة أن أفكارها ومشاريعها لا تزال في مرحلة البحث المخبري ، فلا شك أن المستقبل ينتمي إلى طب النانو.

في عام 1985 ، تم اكتشاف جزيء يتكون من 60 ذرة كربون ، مرتبة مثل كرة القدم ، - الفوليرين ، الذي سمي على اسم المهندس ريتشارد فولر ، الذي اشتهر بتصميمات مثل هذا الشكل. بالإضافة إلى شكله المتماثل بشكل مثير للدهشة ، فإن هذا الجزيء ، وهو الشكل الثالث (بعد الماس والجرافيت) من الكربون ، تبين أنه جزء من حجر فيلسوف الخيميائيين.

حتى وقت قريب ، لم تتوقف أبدًا عن إدهاش العلماء بسميتها المنخفضة للغاية (خاصةً بالمقارنة مع شيء مشابه للأنابيب النانوية) وخصائص أخرى مذهلة. لم تتضح بعد آليات تفاعل الفوليرينات مع الخلايا ، لكن النتيجة يمكن حقًا أن تسمى السحر.

فيما يلي قائمة بعيدة عن القائمة الكاملة لتلك الخصائص التي اهتم بها الأطباء وعلماء الأحياء. يمكن استخدام الفوليرين ومشتقاته:

• لحماية الجسم من الإشعاع والأشعة فوق البنفسجية ؛
• للحماية من الفيروسات والبكتيريا.
• للحماية من الحساسية. وهكذا ، في التجارب التي أجريت في الجسم الحي ، فإن إدخال مشتقات الفوليرين يثبط الحساسية المفرطة في الفئران ، ولا يلاحظ أي تأثير سام ؛
• كمادة تحفز جهاز المناعة ؛
• كمضاد قوي للأكسدة لأنه زبال جذري نشط. النشاط المضاد للأكسدة للفوليرين مشابه لعمل مضادات الأكسدة من فئة SkQ ("أيونات Skulachev") وهو أعلى 100-1000 مرة من عمل مضادات الأكسدة التقليدية مثل فيتامين E ، بيوتيل هيدروكسيتولوين ، بيتا كاروتين ؛
• كأدوية لمكافحة السرطان.
• لمنع تكون الأوعية الدموية.
• لحماية الدماغ من الكحول.
• لتحفيز نمو الأعصاب.
• لتحفيز عمليات تجديد الجلد. وبالتالي ، يعد الفوليرين مكونًا مهمًا من عوامل تجديد شباب التجميل GRS و CEFINE ؛
• لتحفيز نمو الشعر.
• كدواء مضاد للأميلويد.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام الفوليرين لإيصال الأدوية المختلفة إلى الخلية والتوصيل غير الفيروسي للناقلات الجينية إلى نواة الخلية.

يبدو أنه يمكن توسيع هذه القائمة بشكل أكبر ، ولكن تم تجديدها مؤخرًا بجودة أخرى ، ربما تكون الأكثر روعة وغير مفهومة ، من C60 فوليرين. في دراسة عن سمية C60 الفوليرين المذاب في زيت الزيتون ، وجد باحثون فرنسيون أن الفئران التي تتغذى بانتظام على محلول C60 الفوليرين تعيش لفترة أطول من تلك التي أعطيت فقط زيت الزيتون أو نظام غذائي منتظم. (يمكن العثور على إعادة سرد مختصرة في مقالة "زيت الزيتون بالفوليرين - إكسير الشباب؟" - VM.)

يؤدي الذوبان في الزيت إلى زيادة كفاءة الفوليرين C60 بشكل حاد ، نظرًا لأن مجاميعه الكبيرة (16 جزيءًا أو أكثر) غير قادرة على اختراق الخلايا.

في الوقت نفسه ، لم يزد متوسط ​​العمر المتوقع بحوالي 20-30٪ ، كما هو الحال في التجارب التي أجريت على أفضل "أدوية الشيخوخة" (مثل ريسفيراترول أو رابامايسين) ، ولكن ليس أقل من مرتين! عاشت نصف الحيوانات المعالجة بالفوليرين حتى 60 شهرًا (عاش أقدم الفئران حتى 5.5 سنة). في الوقت نفسه ، في المجموعة الضابطة (مع نظام غذائي طبيعي) ، كان متوسط ​​العمر المتوقع لـ 50٪ من الحيوانات 30 شهرًا ، وعاش الأكبر سنًا حتى 37 شهرًا فقط. عاشت الحيوانات المعالجة بزيت الزيتون الخالي من الفوليرين لفترة أطول قليلاً - 50 ٪ منها عاشت حتى 40 شهرًا ، وعاش أكبر الفئران حتى 58 شهرًا.

رسم تخطيطي لبقاء الفئران المعالجة بـ: النظام الغذائي العادي (الخط الأزرق) ، بالإضافة إلى النظام الغذائي ، زيت الزيتون (الأحمر) وزيت الزيتون مع C60 الفوليرين المذاب فيه (الخط الأسود). رسم من .

ينسب مؤلفو المقال تأثير الفوليرين C60 إلى خصائصه المضادة للأكسدة. ومع ذلك ، من الممكن أن يكون مرتبطًا بقدرة الفوليرين C60 على التفاعل مع فيتامين أ. من المعروف أن الرتينويدات (التي تشمل فيتامين أ) تلعب دورًا مهمًا في التعبير عن الجينات الرئيسية لجهاز المناعة ، ويبدو أن التوليف المحلي للريتينويدات يلعب دورًا رئيسيًا في تنظيم تكوين الجنين وتجديده.

لسوء الحظ ، تم إجراء هذه التجارب على مجموعات صغيرة من الحيوانات وبالتالي تتطلب التحقق الدقيق. بالنظر إلى حقيقة أن فوليرين C60 المنقى ، المنتج في روسيا ، يكلف حوالي 1800 روبل لكل جرام فقط ، فليس من الصعب تكرار هذه التجارب ، وتوضيح الجرعات ومدة "العلاج". الآخر أكثر صعوبة. هل سيكون "علاج الشيخوخة" هذا فعالاً بنفس القدر للبشر؟ بعد كل شيء ، الناس ليسوا جرذان ، وهناك العشرات من الأمثلة لعقار فعال للغاية في التجارب على الفئران ، تبين أنه عديم الفائدة تمامًا (إن لم يكن ضارًا!) عندما ذهبت التجارب إلى العيادة. حسنًا ، سيخبرنا الوقت. سيكون من المثير للاهتمام أيضًا مقارنة نشاط إطالة عمر الفوليرين C60 مع العديد من نظائرها القابلة للذوبان في الماء التي تم تصنيعها في روسيا مؤخرًا.

بناء على المقال الأصلي.

المؤلفات

1. أ. يليتسكي ، ب. سميرنوف. (1993). الفوليرين. UFN 163 (رقم 2) ، 33-60 ؛
2. موري ت وآخرون. (2006). دراسات قبل السريرية حول سلامة الفوليرين عند تناوله عن طريق الفم وتقييمه لعدم حدوث طفرات. علم السموم 225، 48-54؛
3. Szwarc H ، موسى ف. (2011). سمية 60 فوليرين: ارتباك في الأدبيات العلمية. J. Nanosci. بادئة رسالة. 1 ، 61-62 ؛
4. الجزيء الحيوي: "الحدود غير المرئية: حيث تتصادم" النانو "و" الحيوية "؛
5. ماريجا ر. ، جوست د. ، كريمر أ ، بونيفازي د. (2012). الكيمياء الجزيئية الفائقة للفوليرين والأنابيب النانوية الكربونية في الواجهات: نحو التطبيقات. الكيمياء الفائقة الجزيئية للفوليرين والأنابيب النانوية الكربونية (محرران N. Martin و J.-F. Nierengarten) ، Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA ، Weinheim ، ألمانيا ؛
6. Piotrovsky L.B. (2010). طب النانو كجزء من تقنيات النانو. فيستنيك رامن 3 ، 41-46 ؛
7. Theriot CA ، Casey RC ، Moore V.C. ، Mitchell L. ، Reynolds J.O. ، Burgoyne M. ، et al. (2010). يوفر Dendrofullerene DF-1 الحماية من الإشعاع لخلايا الثدييات الحساسة للإشعاع. رديات. بيئة. بيوفيز. 49 ، 437-445 ؛
8. Andrievsky G.V. ، Bruskov V.I. ، Tykhomyrov A.A. ، Gudkov S.V. (2009). خصائص مضادات الأكسدة والتأثيرات الإشعاعية للبنى النانوية C60 الفوليرين المائية في المختبر وفي الجسم الحي. الجذور الحرة. بيول. ميد. 47 ، 786-793 ؛
9. ماشينو ت. ، شيموتونو ك. ، إيكيغامي ن. ، وآخرون. (2005). تثبيط إنزيم النسخ العكسي لفيروس نقص المناعة البشرية وفيروس التهاب الكبد الوبائي C المعتمد على RNA لأنشطة تثبيط بوليميراز الحمض النووي الريبي لمشتقات الفوليرين. بيورج. ميد. تشيم. بادئة رسالة. 15 ، 1107-1109 ؛
10. لو Z.S. ، داي ث ، هوانغ لي ، وآخرون. (2010). ينقذ العلاج الضوئي الديناميكي باستخدام الفوليرين الوظيفي الموجب الفئران من التهابات الجروح القاتلة. طب النانو 5 ، 1525-1533 ؛
11. جون جيه آر ، باتمان إتش آر ، ستوفر إيه ، جوميز جي ، نورتون إس كيه ، تشاو دبليو ، وآخرون. (2007). تمنع المواد النانوية الفوليرين الاستجابة التحسسية. J. إمونول. 179 ، 665-672 ؛
12. Xu Y.Y. و Zhu J.D. و Xiang K. و Li Y.K. و Sun R.H. و Ma J. وآخرون. (2011). التوليف والنشاط المناعي لمقارنات 60fullerene-tuftsin. المواد الحيوية 32 ، 9940-9949 ؛
13. غربي ن. ، برساك م ، حدشويل م وآخرون. (2005). الفوليرين هو أحد مضادات الأكسدة القوية في الجسم الحي بدون سمية حادة أو تحت حادة. نانو ليت. 5 ، 2578-2585 ؛
14. Chen Z. ، Ma L. ، Liu Y. ، Chen C. (2012). تطبيقات الفوليرينات الوظيفية في علاج الورم. Theranostics 2 ، 238-250 ؛
15. Jiao F. ، Liu Y. ، Qu Y. et al. (2010). دراسات حول الأنشطة المضادة للأورام ومضادات الكبريت من الفوليرينول في نموذج سرطان الثدي لدى الفأر. كربون 48 ، 2231-2243 ؛
16. Meng H. ، Xing GM ، Sun B.Y. ، Zhao F. ، Lei H. ، Li W. ، et al. (2010). تثبيط قوي لتكوين الأوعية بواسطة الشكل الجسيمي لمشتقات الفوليرين. ACS نانو ، 4 ، 2773-2783 ؛
17. Tykhomyrov A.A. ، Nedzvetsky V.S. ، Klochkov V.K. ، Andrievsky G.V. (2008). تحمي الهياكل النانوية لفوليرين C60 المائي (C60HyFn) دماغ الفئران من تأثير الكحول وتقلل من الاضطرابات السلوكية للحيوانات الكحولية. علم السموم 246 ، 158–165 ؛
18. Grigoriev V.V. ، Petrova L.N. ، Ivanova T.A. ، et al. و Bachurin S.O. (2011). دراسة تأثير الحماية العصبية للهياكل الهجينة على أساس C60 الفوليرين. Izv. سلسلة RAS البيولوجية 2 ، 163-170 ؛
19. Zhou Z.G. و Lenk R. و Dellinger A. و MacFarland D. و Kumar K. و Wilson S.R. et al. (2009). تحفز المواد النانوية الفوليرين نمو الشعر. نانوميد. النانو. بيول. ميد. 5 ، 202-207 ؛
20. Bobylev A.G. ، Kornev AB ، Bobyleva L.G. ، Shpagina M.D. ، Fadeeva I.S. ، Fadeev RS ، et al. (2011). الفوليرينولات: الفوليرينات المتعددة الهيدروكسيل الممعدنة مع نشاط مضاد للأميلويد القوي. منظمة. بيومول. تشيم. 9 ، 5714-5719 ؛
21. الجزيء الحيوي: "طب النانو في المستقبل: التوصيل عبر الجلد باستخدام الجسيمات النانوية" ؛
22. مونتيلانو أ ، دا روس ت. ، بيانكو أ ، براتو م. (2011). Fullerene C (60) كنظام متعدد الوظائف لتوصيل الأدوية والجينات. مقياس النانو 3 ، 4035-4041 ؛
23. Kuznetsova S.A. ، Oretskaya T.S. (2010). أنظمة النقل النانوي للتوصيل المستهدف للأحماض النووية إلى الخلايا. تقنيات النانو الروسية 5 (رقم 9-10) ، 40-52 ؛
24. باتي ت. ، بوراست ف ، غرب ن ، وآخرون. (2012) إطالة عمر الفئران عن طريق تناول 60 فوليرين عن طريق الفم. المواد الحيوية 33 ، 4936-4946 ؛
25. Piotrovsky L.B.، Eropkin M.Yu.، Eropkina E.M.، Dumpis MA، Kiselev O.I. (2007). آليات العمل البيولوجي للفوليرين - الاعتماد على حالة التجميع. علم الأدوية النفسية وعلم الأدوية البيولوجي 7 (رقم 2) ، 1548-1554 ؛
26. موسى إف ، رو إس ، برساك إم ، جينين إي ، هادشويل إم ، تريفين إف ، إت آل. (1998). تفاعل في الجسم الحي بين 60 فوليرين وفيتامين أ في كبد الفأر. جديد J. Chem. 22 ، 989-992 ؛
27. Linney E. ، Donerly S. ، Mackey L. ، Dobbs-McAuliffe B. (2001). الجانب السلبي لمستقبلات حمض الريتينويك. نيوروتوكسيكول تيراتول. 33 ، 631-640 ؛
28. جوداس إل جيه. (2012). الأدوار الناشئة للريتينويدات في التجدد والتمايز في الحالات الطبيعية والمرضية. بيوتشيم بيوفيز أكتا 1821 ، 213-221.

بوابة "الشباب الأبدي"

الفوليرينات عبارة عن مركبات جزيئية تنتمي إلى فئة التعديلات المتآصلة للكربون ، ولها هياكل إطار مغلقة تتكون من ثلاث ذرات كربون متناسقة ولها 12 وجهًا خماسيًا و (ن / 2-10) وجهًا سداسيًا (ن 20). تكمن الخصوصية في أن كل خماسي مجاور فقط للشكل السداسي.

الشكل الأكثر استقرارًا هو C 60 (Buckminsterfullerene) ، الذي يتكون هيكله المجوف الكروي من 20 سداسيًا و 12 خماسيًا.

الشكل 1. هيكل C 60

جزيء C 60 عبارة عن ذرات كربون مرتبطة ببعضها البعض بواسطة رابطة تساهمية. يرجع هذا الارتباط إلى التنشئة الاجتماعية لإلكترونات التكافؤ للذرات. طول الرابطة C-C في البنتاغون هو 1.43 Ǻ ، كما هو الحال مع طول ضلع الشكل السداسي الذي يوحد الشكلين ، ومع ذلك ، فإن الجانب الذي يربط بين الأشكال السداسية هو 1.39 Ǻ تقريبًا.

في ظل ظروف معينة ، تميل جزيئات C 60 إلى الترتيب في الفضاء ، فهي تقع عند عقد الشبكة البلورية ، وبعبارة أخرى ، يشكل الفوليرين بلورة تسمى الفوليريت. من أجل تحديد موقع جزيئات C 60 بشكل منهجي في الفضاء ، مثل ذراتها ، يجب أن تكون مرتبطة ببعضها البعض. هذه الرابطة بين الجزيئات في البلورة ترجع إلى وجود قوة فان دير فالس ضعيفة. تفسر هذه الظاهرة بحقيقة أنه في الجزيء المحايد كهربائياً ، تنتشر الشحنة السالبة للإلكترونات والشحنة الموجبة للنواة في الفضاء ، ونتيجة لذلك تكون الجزيئات قادرة على استقطاب بعضها البعض ، وبعبارة أخرى ، فإنها يؤدي إلى إزاحة في فضاء مراكز الشحنات الموجبة والسالبة ، مما يتسبب في تفاعلها.

تحتوي مادة C 60 الصلبة في درجة حرارة الغرفة على شبكة مكعبة مركزها الوجه ، تبلغ كثافتها 1.68 جم / سم 3. عند درجات حرارة أقل من 0 درجة مئوية ، يحدث التحول إلى شعرية مكعبة.

المحتوى الحراري لتكوين الفوليرين 60 حوالي 42.5 كيلو جول / مول. يعكس هذا المؤشر ثباته المنخفض مقارنة بالجرافيت (0 كيلوجول / مول) والألماس (1.67 كيلوجول / مول). تجدر الإشارة إلى أنه مع زيادة حجم الكرة (مع زيادة عدد ذرات الكربون) ، يميل المحتوى الحراري للتكوين بشكل مقارب إلى المحتوى الحراري للجرافيت ، ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الكرة تشبه أكثر فأكثر المستوى.

خارجياً ، الفوليرين مساحيق بلورية ناعمة من اللون الأسود ، عديمة الرائحة. إنها غير قابلة للذوبان عمليًا في الماء (H 2 O) ، والإيثانول (C 2 H 5 OH) ، والأسيتون (C 3 H 6 O) والمذيبات القطبية الأخرى ، ولكن في البنزين (C 6 H 6) ، التولوين (C 6 H 5) - CH 3) ، فينيل كلوريد (C 6 H 5 Cl) يذوب مكونًا المحاليل ذات اللون البنفسجي الأحمر. وتجدر الإشارة إلى أنه عند إضافة قطرة ستيرين (C 8 H 8) إلى محلول مشبع من C 60 في ديوكسان (C 4 H 8 O 2) ، يحدث تغير فوري في لون المحلول من الأصفر- البني إلى الأحمر البنفسجي ، بسبب تكوين المركب (المذاب).

في المحاليل المشبعة من المذيبات العطرية ، تشكل الفوليرينات عند درجات حرارة منخفضة راسبًا - مذيب بلوري على شكل C 60 Xn ، حيث X عبارة عن بنزين (C 6 H 6) ، تولوين (C 6 H 5 -CH 3) ، ستايرين (C 8 H 8) ، ferrocene (Fe (C 5 H 5) 2) وجزيئات أخرى.

المحتوى الحراري لإذابة الفوليرين في معظم المذيبات موجب ؛ مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد القابلية للذوبان ، كقاعدة عامة.

تعتبر دراسة الخصائص الفيزيائية والكيميائية للفوليرين ظاهرة موضعية ، حيث أصبح هذا المركب جزءًا لا يتجزأ من حياتنا. في الوقت الحاضر ، تتم مناقشة أفكار استخدام الفوليرين في إنشاء أجهزة الكشف الضوئية والأجهزة الإلكترونية الضوئية ، ومحفزات النمو ، والأفلام الشبيهة بالماس والألماس ، والمواد فائقة التوصيل ، وأيضًا كصبغات لآلات النسخ. تستخدم الفوليرين في تصنيع المعادن والسبائك ذات الخصائص المحسنة.

تم التخطيط لاستخدام الفوليرين كأساس لإنتاج بطاريات التخزين. يعتمد مبدأ تشغيل هذه البطاريات على تفاعل الهدرجة ، فهي تشبه في كثير من النواحي البطاريات التي تعتمد على النيكل على نطاق واسع ، ومع ذلك ، على عكس الأخيرة ، لديها القدرة على تخزين كمية محددة من الهيدروجين عدة مرات. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع هذه البطاريات بكفاءة أعلى وخفيفة الوزن وسلامة بيئية وصحية مقارنة ببطاريات الليثيوم الأكثر تقدمًا من حيث هذه الصفات. يمكن استخدام بطاريات الفوليرين على نطاق واسع لتشغيل أجهزة الكمبيوتر الشخصية والمعينات السمعية.

يتم إيلاء اهتمام كبير لمشكلة استخدام الفوليرين في الطب وعلم الأدوية. يجري النظر في فكرة إنشاء أدوية مضادة للسرطان تعتمد على مركبات إندوهيدرالية قابلة للذوبان في الماء من الفوليرينات ذات النظائر المشعة.

ومع ذلك ، فإن استخدام الفوليرين محدود بسبب تكلفتها العالية ، والتي ترجع إلى صعوبة تصنيع خليط الفوليرين ، وكذلك الفصل متعدد المراحل للمكونات الفردية منه.

عاش أقدم جرذ في المجموعة التي استهلكت C60 الفوليرين لمدة 66 شهرًا ، وهو رقم قياسي مطلق.

Fullerene C60 ، المعروف باسم " بوكي بول"، هو شكل متآصل من الكربون (انظر الشكل) ، يتكون كل جزيء منه من 60 ذرة مرتبطة ببعضها البعض بطريقة تشكل بنية كروية. هذا المركب الرائع ، الذي تم اكتشافه فقط في عام 1985 ، غالبًا ما يُنسب إليه الفضل في خصائص سحرية تقريبًا.

واحدة من هذه الخصائص البيولوجية - الفوليرين C60 هو أحد مضادات الأكسدة القوية للغاية التي تقاطع عمليات الأكسدة ، والتي تحدث في الواقع شيخوخة الجسم ، وبالتالي فإن استهلاك الفوليرين C60 من قبل الفئران يؤدي إلى تباطؤ كبير في الشيخوخة.

أجريت هذه الدراسة من أجل إثبات ، أولاً ، أن C60 غير سام ، وثانيًا ، أنه يمتص في الدم. لقد وجد أن جزيئات C60 يمكن أن تمر عبر أغشية الخلايا وبالتالي يمكن أن تسبب تأثيرات داخل الخلايا ضرورية لإبطاء الشيخوخة.

يجب إعادة إنتاج هذه البيانات الرائعة والمثيرة بوضوح - سواء في الجرذان أو في أنواع الحيوانات الأخرى.

تم نقل هذه النتائج من قبل دينيس (مؤلف النسخة الإنجليزية الأصلية من هذه المقالة) إلى الدكتورة سينثيا كينيون ، إحدى الخبراء العالميين الرائدين في مجال الحياة الذين يعملون مع الديدان الخيطية (الديدان الأسطوانية). أجابت: "مثير جدا للاهتمام". ثم اقترح دينيس أن تقوم على الفور بإجراء نفس التجربة في مختبره ، مع إعطاء C60 للديدان الخيطية. قالت "إنها فكرة جيدة". على الأرجح ، ستدعو دينيس للمشاركة في هذا العمل.

تمكن دينيس أيضًا من الاتصال بفتحي موسى ، المؤلف الرئيسي لأبحاث الفوليرين C60. اتضح أنه يخطط لتكرار الدراسة على مجموعات كبيرة من الحيوانات.

أعرب أحد المعلقين عن شكوكه فيما إذا كان محتوى السعرات الحرارية في النظام الغذائي لمجموعة الفئران المعالجة بـ C60 الفوليرين لم يكن محدودًا بشكل عرضي. أجاب موسى: "لا ، السعرات الحرارية التي تستهلكها الحيوانات لم تكن محدودة". "لم يكن نموهم مختلفًا بشكل كبير عن نمو الحيوانات الضابطة."

حاليًا ، يُباع C60 الفوليرين بحوالي 40 دولارًا لكل جرام ويمكن شراؤه لصنع كريم يهدف إلى منع شيخوخة الجلد. قد يبدأ بعض الأشخاص الشجعان في تناول C60 كمكمل غذائي.

نظرًا لأن دينيس كان مهتمًا بهذا السؤال ، فقد سأل شخصًا على دراية بالمشكلة بشكل مباشر - دكتور موس ، إذا كان قد بدأ في تناول C60. قال "لا". "أنا لا أتناول C60 حاليًا."

التأكيد على عدالة المساواة | ن | - | ه | + | و | = 2 (displaystyle | n | - | e | + | f | = 2)(أين | ن | ، | ه | (displaystyle | n |، | e |)و | و | (displaystyle | f |)على التوالي ، عدد الرؤوس والحواف والوجوه) ، الشرط الضروري هو وجود 12 وجهًا خماسيًا بالضبط و n / 2 - 10 (displaystyle n / 2-10)حواف سداسية. إذا كان جزيء الفوليرين ، بالإضافة إلى ذرات الكربون ، يشتمل على ذرات عناصر كيميائية أخرى ، فعندئذ إذا كانت ذرات العناصر الكيميائية الأخرى موجودة داخل قفص الكربون ، فإن هذه الفوليرين تسمى إندوهيدرال ، إذا كانت خارجية - خارجية.

تاريخ الاكتشاف

الفوليرين في الطبيعة

بعد الحصول عليها في ظروف معملية ، تم العثور على الفوليرينات في بعض عينات شونجيت من شمال كاريليا في فولجوريت أمريكية وهندية ونيازك ورواسب قاعية يصل عمرها إلى 65 مليون سنة.

تم العثور على الفوليرين أيضًا بكميات كبيرة في الفضاء: في عام 2010 في شكل غاز ، في عام 2012 - في شكل صلب.

الخصائص الهيكلية

تبلغ كتلة التكوين الجزيئي للكربون على شكل عشري الوجوه مبتور 720 وحدة دولية. في جزيئات الفوليرين ، توجد ذرات الكربون عند رؤوس الأشكال السداسية والخماسية ، التي تشكل سطح الكرة أو الشكل الإهليلجي. يمثل الفوليرين (C 60) الممثل الأكثر تناسقًا والأكثر دراسة عن عائلة الفوليرين ، حيث تشكل ذرات الكربون مجسمًا عشريًا مجسمًا ، يتكون من 20 سداسيًا و 12 خماسيًا ويشبه كرة القدم (كشكل مثالي ، نادر للغاية في الطبيعة ). نظرًا لأن كل ذرة كربون من الفوليرين C 60 تنتمي في وقت واحد إلى شكلين سداسيين وواحد خماسي ، فإن جميع الذرات في C 60 متكافئة ، وهو ما يؤكده طيف الرنين المغناطيسي النووي (NMR) لنظير 13 درجة مئوية - يحتوي على سطر واحد فقط. ومع ذلك ، ليست كل روابط C-C بنفس الطول. الرابطة C = C ، وهي ضلع مشترك بين شكلين سداسيين ، هي 1.39 Å ، والرابطة C-C ، وهي شائعة في الشكل السداسي والخماسي ، أطول وتساوي 1.44 Å. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الرابطة من النوع الأول مزدوجة ، والثانية أحادية ، وهو أمر ضروري لكيمياء C 60 الفوليرين. في الواقع ، تُظهر دراسة خصائص الفوليرينات التي تم الحصول عليها بكميات كبيرة توزيع خواصها الموضوعية (النشاط الكيميائي والامتصاص) إلى 4 أيزومرات فوليرين مستقرة ، يتم تحديدها بحرية من خلال أوقات خروج مختلفة من عمود الامتصاص لكروماتوجراف سائل عالي الدقة . في هذه الحالة ، الكتلة الذرية لجميع الأيزومرات الأربعة متساوية - كتلتها 720 amu. تأكل.

ثاني أكثر الفوليرين شيوعًا هو C 70 ، والذي يختلف عن C 60 فوليرين عن طريق إدخال حزام من 10 ذرات كربون في المنطقة الاستوائية C 60 ، ونتيجة لذلك يكون الجزيء 34 ممدودًا ويشبه كرة الرجبي في شكله .

ما يسمى أعلى الفوليرين، التي تحتوي على عدد أكبر من ذرات الكربون (تصل إلى 400) ، تتشكل بكميات أقل بكثير وغالبًا ما يكون لها تركيبة متشابهة معقدة نوعًا ما. من بين الفوليرينات الأعلى التي تمت دراستها ، يمكن للمرء أن يميز C ن , ن= 74 و 76 و 78 و 80 و 82 و 84.

تركيب

تم عزل الفوليرينات الأولى من أبخرة الجرافيت المكثفة التي تم الحصول عليها عن طريق التشعيع بالليزر لعينات الجرافيت الصلب. في الواقع ، كانت آثارًا للمادة. تم اتخاذ الخطوة المهمة التالية في عام 1990 من قبل دبليو كريتشمير ولامب ود. في عملية تآكل الأنود ، استقر السخام المحتوي على كمية معينة من الفوليرين على جدران الغرفة. يذوب السخام في البنزين أو التولوين ، ويتم عزل الجرام من جزيئات C 60 و C 70 في صورة نقية من المحلول الناتج بنسبة 3: 1 وحوالي 2٪ من الفوليرينات الأثقل. بعد ذلك ، كان من الممكن اختيار المعلمات المثلى لتبخر القطب (الضغط ، وتركيب الغلاف الجوي ، والتيار ، وقطر القطب) ، حيث يتم تحقيق أعلى عائد من الفوليرين ، بمتوسط ​​3-12٪ من مادة الأنود ، والتي تحدد في النهاية ارتفاع تكلفة الفوليرين.

في البداية ، لم تنجح جميع المحاولات التي قام بها المجربون لإيجاد طرق أرخص وأكثر إنتاجية للحصول على كميات غرام من الفوليرين (احتراق الهيدروكربونات في اللهب ، والتوليف الكيميائي ، وما إلى ذلك) ، وظلت طريقة "القوس" الأكثر إنتاجية لفترة طويلة (الإنتاجية حوالي 1 جم / ساعة). بعد ذلك ، تمكنت Mitsubishi من إنشاء الإنتاج الصناعي للفوليرينات عن طريق حرق الهيدروكربونات ، لكن هذه الفوليرينات تحتوي على أكسجين ، وبالتالي لا تزال طريقة القوس هي الطريقة الوحيدة المناسبة للحصول على الفوليرينات النقية.

لا تزال آلية تكوين الفوليرين في القوس غير واضحة ، لأن العمليات التي تحدث في منطقة احتراق القوس غير مستقرة ديناميكيًا ، مما يعقد نظرها النظري إلى حد كبير. لقد ثبت بشكل قاطع فقط أن الفوليرين يتم تجميعه من ذرات كربون فردية (أو شظايا C 2). لإثبات ذلك ، تم استخدام 13 درجة مئوية من الجرافيت عالي النقاء كقطب أنود ، أما القطب الآخر فقد تم تصنيعه من الجرافيت العادي 12 درجة مئوية. سطح الفوليرين. يشير هذا إلى تحلل مادة الجرافيت إلى ذرات فردية أو أجزاء من المستوى الذري وتجميعها اللاحق في جزيء فوليرين. أجبرنا هذا الظرف على التخلي عن الصورة المرئية لتكوين الفوليرينات نتيجة لطي طبقات الجرافيت الذرية إلى كرات مغلقة.

أدت الزيادة السريعة نسبيًا في العدد الإجمالي للمنشآت لإنتاج الفوليرين والعمل المستمر لتحسين طرق تنقيتها إلى انخفاض كبير في تكلفة C 60 على مدار الـ 17 عامًا الماضية - من 10 آلاف إلى 10-15 دولارًا. لكل جرام ، مما جعلهم يصلون إلى حدود استخدامهم الصناعي الحقيقي.

لسوء الحظ ، على الرغم من تحسين طريقة Huffman-Kretchmer (HK) ، لا يمكن زيادة إنتاج الفوليرين بأكثر من 10-20٪ من الكتلة الإجمالية للجرافيت المحترق. نظرًا للتكلفة العالية نسبيًا للمنتج الأولي ، الجرافيت ، فإن هذه الطريقة لها قيود أساسية. يعتقد العديد من الباحثين أنه لن يكون من الممكن تقليل تكلفة الفوليرينات التي تم الحصول عليها بطريقة XC إلى أقل من بضعة دولارات للجرام. لذلك ، تهدف جهود عدد من مجموعات البحث إلى إيجاد طرق بديلة للحصول على الفوليرين. حققت شركة Mitsubishi أكبر نجاح في هذا المجال ، حيث تمكنت من إنشاء الإنتاج الصناعي للفوليرين عن طريق حرق الهيدروكربونات في اللهب. تبلغ تكلفة هذه الفوليرين حوالي 5 دولارات للجرام (2005) ، والتي لم تؤثر على تكلفة الفوليرين بالقوس الكهربائي.

وتجدر الإشارة إلى أن التكلفة العالية للفوليرين لا يتم تحديدها فقط من خلال انخفاض إنتاجها أثناء احتراق الجرافيت ، ولكن أيضًا من خلال صعوبة عزل وتنقية وفصل الفوليرينات ذات الكتل المختلفة عن أسود الكربون. الطريقة المعتادة هي كما يلي: يتم خلط السخام الناتج عن حرق الجرافيت مع التولوين أو مذيب عضوي آخر (قادر على إذابة الفوليرين بشكل فعال) ، ثم يتم ترشيح الخليط أو طرده بالطرد المركزي ، وتبخر المحلول المتبقي. بعد إزالة المذيب ، يبقى راسب متبلور ناعم داكن - خليط من الفوليرين ، يسمى عادة الفوليريت. يتضمن تكوين الفوليريت تكوينات بلورية مختلفة: بلورات صغيرة من جزيئات C 60 و C 70 وبلورات C 60 / C 70 عبارة عن محاليل صلبة. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي الفوليريت دائمًا على كمية صغيرة من الفوليرينات الأعلى (تصل إلى 3٪). يتم فصل خليط من الفوليرين إلى كسور جزيئية فردية باستخدام كروماتوجرافيا سائلة على أعمدة وكروماتوجرافيا سائلة عالية الضغط (HPLC). يستخدم الأخير بشكل أساسي لتحليل نقاء الفوليرينات المعزولة ، حيث أن الحساسية التحليلية لطريقة HPLC عالية جدًا (تصل إلى 0.01٪). أخيرًا ، المرحلة الأخيرة هي إزالة بقايا المذيب من عينة الفوليرين الصلبة. يتم تنفيذه بالحفاظ على العينة عند درجة حرارة 150-250 درجة مئوية تحت ظروف فراغ ديناميكي (حوالي 0.1 تور).

الخصائص الفيزيائية والقيمة التطبيقية

الفوليريت

تسمى الأنظمة المكثفة المكونة من جزيئات الفوليرين الفوليريت. النظام الأكثر دراسة من هذا النوع هو بلورة C 60 ، أقل - نظام C 70 البلوري. يتم إعاقة دراسات بلورات الفوليرين الأعلى بسبب تعقيد تحضيرها.

ترتبط ذرات الكربون في جزيء الفوليرين بروابط بيتا وبيتا ، بينما لا توجد رابطة كيميائية (بالمعنى المعتاد للكلمة) بين جزيئات الفوليرين الفردية في البلورة. لذلك ، في النظام المكثف ، تحتفظ الجزيئات الفردية بتفردها (وهو أمر مهم عند النظر في التركيب الإلكتروني للبلورة). يتم الاحتفاظ بالجزيئات في البلورة بواسطة قوى فان دير فال ، والتي تحدد إلى حد كبير الخصائص العيانية للصلب C 60.

في درجات حرارة الغرفة ، تحتوي بلورة C 60 على شبكة مكعبة مركزية الوجه (fcc) مع ثابت يبلغ 1.415 نانومتر ، ولكن مع انخفاض درجة الحرارة ، يحدث انتقال طوري من الدرجة الأولى (T cr ≈ 260) وتغير بلورة C 60 هيكلها إلى مكعب بسيط (ثابت شعرية 1.411 نانومتر). عند درجة حرارة T> Tcr ، C 60 تدور جزيئات C بشكل عشوائي حول مركز توازنها ، وعندما تنخفض إلى درجة حرارة حرجة ، يتم تجميد محوري الدوران. التجميد الكامل للدوران يحدث عند 165 ك. على النحو التالي من نتائج هذا العمل ، فإن البلورات من هذا النوع لها شبكة شعرية محورها الجسم (bcc) مع خليط صغير من المرحلة السداسية.

الخصائص البصرية غير الخطية

يُظهر تحليل التركيب الإلكتروني للفوليرين وجود أنظمة الإلكترون ، والتي توجد لها قيم كبيرة للحساسية اللاخطية. تمتلك الفوليرين بالفعل خصائص بصرية غير خطية. ومع ذلك ، نظرًا للتماثل العالي لجزيء C 60 ، فإن التوليد التوافقي الثاني ممكن فقط عندما يتم إدخال عدم تناسق في النظام (على سبيل المثال ، عن طريق مجال كهربائي خارجي). من وجهة نظر عملية ، فإن السرعة العالية (~ 250 ps) ، التي تحدد قمع الجيل التوافقي الثاني ، جذابة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن C 60 الفوليرين قادرة أيضًا على توليد التوافقية الثالثة.

مجال آخر ممكن لاستخدام الفوليرين ، وقبل كل شيء ، C 60 هو مصاريع بصرية. تم عرض إمكانية استخدام هذه المادة بطول موجة يبلغ 532 نانومتر بشكل تجريبي. يتيح وقت الاستجابة القصير استخدام الفوليرين كمحددات لإشعاع الليزر ومفاتيح Q. ومع ذلك ، لعدد من الأسباب ، يصعب على الفوليرين التنافس هنا مع المواد التقليدية. التكلفة العالية ، والصعوبات في تشتيت الفوليرين في النظارات ، والقدرة على التأكسد السريع في الهواء ، والمعاملات غير المسجلة للقابلية غير الخطية ، وعتبة عالية للحد من الإشعاع البصري (غير مناسب لحماية العين) تخلق صعوبات خطيرة في مكافحة المواد المنافسة .

ميكانيكا الكم والفوليرين

الفوليرين الرطب (HyFn) ؛ (C 60 (H 2 O) n)

Hydrated C 60 - C 60 HyFn الفوليرين عبارة عن مركب فائق الجزيء قوي مائي يتكون من جزيء C 60 من الفوليرين محاط بقشرة الترطيب الأولى ، والتي تحتوي على 24 جزيء ماء: C 60 (H 2 O) 24. يتكون غلاف الترطيب نتيجة تفاعل المتبرع والمتقبل لأزواج وحيدة من جزيئات الأكسجين في الماء مع مراكز متقبل الإلكترون على سطح الفوليرين. في هذه الحالة ، جزيئات الماء الموجهة بالقرب من سطح الفوليرين مترابطة بشبكة ثلاثية الأبعاد من الروابط الهيدروجينية. حجم C 60 HyFn يتوافق مع 1.6-1.8 نانومتر. في الوقت الحاضر ، الحد الأقصى لتركيز C 60 ، على شكل C 60 HyFn ، الذي تم إنشاؤه في الماء ، يعادل 4 مجم / مل. [ تحقق من الرابط] صورة محلول مائي لـ C 60 HyFn بتركيز C 60 0.22 مجم / مل على اليمين.

الفوليرين كمادة لتكنولوجيا أشباه الموصلات

بلورة الفوليرين الجزيئية عبارة عن شبه موصل به فجوة نطاق تبلغ 1.5 فولت تقريبًا وخصائصه تشبه إلى حد كبير خصائص أشباه الموصلات الأخرى. لذلك ، ارتبط عدد من الدراسات باستخدام الفوليرين كمادة جديدة للتطبيقات التقليدية في الإلكترونيات: الصمام الثنائي ، والترانزستور ، والخلية الكهروضوئية ، وما إلى ذلك. ). ومع ذلك ، تبين أن تأثير الأكسجين على موصلية أفلام الفوليرين يمثل عيبًا كبيرًا ، وبالتالي نشأت الحاجة إلى الطلاءات الواقية. بهذا المعنى ، من الواعد أكثر استخدام جزيء الفوليرين كجهاز نانوي مستقل ، وعلى وجه الخصوص ، كعنصر تضخيم.

الفوليرين كمقاوم للضوء

تحت تأثير الأشعة المرئية (> 2 فولت) والأشعة فوق البنفسجية وطول الموجة الأقصر ، تتبلمر الفوليرينات وفي هذا الشكل لا تذوب بالمذيبات العضوية. كتوضيح لاستخدام مقاوم الضوء الفوليرين ، يمكن للمرء أن يعطي مثالاً على الحصول على دقة أقل من الميكرون (20 نانومتر) عن طريق نقش السيليكون بحزمة إلكترونية باستخدام قناع من فيلم C 60 مبلمر.

إضافات الفوليرين لنمو أغشية الألماس بطريقة الأمراض القلبية الوعائية

هناك إمكانية أخرى مثيرة للاهتمام للتطبيق العملي وهي استخدام إضافات الفوليرين في نمو أغشية الماس بواسطة طريقة CVD (ترسيب البخار الكيميائي). يعتبر إدخال الفوليرينات في الطور الغازي فعالاً من وجهتي نظر: زيادة معدل تكوين نوى الماس على الركيزة وإمداد اللبنات الأساسية من الطور الغازي إلى الركيزة. تعمل شظايا C 2 ككتل بناء ، والتي تبين أنها مادة مناسبة لنمو فيلم الماس. تم إثبات أن معدل نمو أغشية الألماس يصل إلى 0.6 ميكرومتر / ساعة ، وهو أعلى بخمس مرات من معدل نمو أغشية الألماس. من أجل المنافسة الحقيقية بين الماس وأشباه الموصلات الأخرى في الإلكترونيات الدقيقة ، من الضروري تطوير طريقة للتفاعلية غير المتجانسة لأغشية الماس ، لكن نمو الأغشية أحادية البلورة على ركائز غير ماسية تظل مشكلة غير قابلة للحل. تتمثل إحدى الطرق الممكنة لحل هذه المشكلة في استخدام طبقة عازلة من الفوليرين بين الركيزة وفيلم الماس. من الشروط الأساسية للبحث في هذا الاتجاه الالتصاق الجيد للفوليرين بمعظم المواد. هذه الأحكام ذات صلة خاصة فيما يتعلق بالبحوث المكثفة على الماس لاستخدامها في الجيل التالي من الإلكترونيات الدقيقة. أداء عالي (سرعة انجراف عالية مشبعة) ؛ تجعل أعلى موصلية حرارية ومقاومة كيميائية لأي مادة معروفة الماس مادة واعدة للجيل القادم من الإلكترونيات.

مركبات فائقة التوصيل مع C 60

إن بلورات الفوليرين الجزيئية هي أشباه موصلات ، ومع ذلك ، في أوائل عام 1991 ، وجد أن تعاطي المنشطات الصلبة C 60 بكمية صغيرة من المعدن القلوي يؤدي إلى تكوين مادة ذات موصلية معدنية ، والتي تمر في درجات حرارة منخفضة إلى موصل فائق. يتم إنتاج المنشطات C 60 عن طريق معالجة البلورات ببخار معدني عند درجات حرارة تصل إلى عدة مئات من الدرجات المئوية. في هذه الحالة ، يتم تشكيل هيكل من النوع X 3 C 60 (X عبارة عن ذرة فلز قلوي). كان البوتاسيوم أول معدن يتم تقطيعه. يحدث انتقال مركب K 3 C 60 إلى حالة التوصيل الفائق عند درجة حرارة 19 ك. هذه قيمة قياسية للموصلات الجزيئية الفائقة. سرعان ما ثبت أن العديد من الفوليريتات المخدرة بذرات فلز قلوي بنسبة إما X 3 C 60 أو XY 2 C 60 (X ، Y ذرات فلز قلوي) لها موصلية فائقة. كان صاحب الرقم القياسي بين الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية (HTSC) من هذه الأنواع هو RbCs 2 C 60 - T cr = 33 K.

تأثير الإضافات الصغيرة لسخام الفوليرين على خصائص مقاومة الاحتكاك والتآكل لـ PTFE

وتجدر الإشارة إلى أن وجود الفوليرين C 60 في مواد التشحيم المعدنية يبدأ في تكوين طبقة واقية من الفوليرين بوليمر بسمك 100 نانومتر على أسطح الأجسام المضادة. يحمي الفيلم المشكل من التدهور الحراري والتأكسدي ، ويزيد من عمر وحدات الاحتكاك في حالات الطوارئ بمقدار 3-8 مرات ، والاستقرار الحراري لمواد التشحيم حتى 400-500 درجة مئوية وقدرة تحمل وحدات الاحتكاك بمقدار 2-3 مرات ، يوسع نطاق ضغط التشغيل لوحدات الاحتكاك بمقدار 1 ، 5-2 مرات ، ويقلل من وقت تشغيل الأجسام المضادة.

تطبيقات أخرى

تشمل التطبيقات الأخرى المثيرة للاهتمام المراكم والبطاريات الكهربائية ، حيث يتم استخدام إضافات الفوليرين بطريقة أو بأخرى. تعتمد هذه البطاريات على كاثودات الليثيوم التي تحتوي على الفوليرينات المقسمة. يمكن أيضًا استخدام الفوليرين كمواد مضافة لإنتاج الماس الاصطناعي باستخدام طريقة الضغط العالي. في هذه الحالة ، يزيد مردود الماس بنسبة 30٪.

بالإضافة إلى ذلك ، وجدت الفوليرينات تطبيقًا كمواد مضافة في الدهانات المنتفخة (المنتفخة) المقاومة للحريق. بسبب إدخال الفوليرين ، يتضخم الطلاء تحت تأثير درجة الحرارة أثناء الحريق ، تتشكل طبقة فحم كثيفة إلى حد ما ، مما يزيد عدة مرات من وقت التسخين إلى درجة الحرارة الحرجة للهياكل المحمية.

أيضًا ، تُستخدم الفوليرينات ومشتقاتها الكيميائية المختلفة جنبًا إلى جنب مع البوليمرات شبه الموصلة متعددة الترابط لتصنيع الخلايا الشمسية.

الخواص الكيميائية

على الرغم من عدم وجود ذرات الهيدروجين التي يمكن استبدالها كما في حالة المركبات العطرية التقليدية ، لا يزال من الممكن استخدام الفوليرين بطرق كيميائية مختلفة. على سبيل المثال ، تم تطبيق تفاعلات الفوليرين مثل تفاعل Diels-Alder ، تفاعل Prato ، تفاعل Bingel بنجاح. يمكن أيضًا هدرجة الفوليرينات لتشكيل منتجات من C 60 H 2 إلى C 60 H 50.

أهمية طبية

مضادات الأكسدة

الفوليرين هي أقوى مضادات الأكسدة المعروفة اليوم. في المتوسط ​​، تتجاوز تأثير جميع مضادات الأكسدة المعروفة لديهم بنسبة 100-1000 مرة. من المتوقع أنه بسبب هذا يمكنهم إطالة متوسط ​​عمر الفئران والديدان المستديرة بشكل كبير. في شكله الطبيعي ، يوجد في شونجيت وهواء البحر. من المفترض أن C60 الفوليرين المذاب في زيت الزيتون يمكن دمجه في الأغشية الدهنية ثنائية الطبقة للخلايا والميتوكوندريا ويعمل كمضاد للأكسدة يمكن إعادة استخدامه.

ابتكار عقاقير جديدة

يمكن أيضًا استخدام الفوليرين في علم الأدوية لابتكار عقاقير جديدة. لذلك ، في عام 2007 ، أجريت دراسات أظهرت أن هذه المواد قد تكون واعدة لتطوير الأدوية المضادة للحساسية.

محاربة فيروس نقص المناعة البشرية

أظهرت مشتقات الفوليرين المختلفة أنها عوامل فعالة في علاج فيروس نقص المناعة البشرية: البروتين المسؤول عن تغلغل الفيروس في خلايا الدم - HIV-1 protease - له تجويف كروي قطره 10 ، والذي يبقى شكله. ثابت لجميع الطفرات. يتطابق هذا الحجم تقريبًا مع قطر جزيء الفوليرين. تم تصنيع مشتق من الفوليرين ، وهو قابل للذوبان في الماء. إنه يحجب المركز النشط لبروتياز فيروس نقص المناعة البشرية ، والذي بدونه يكون تكوين جسيم فيروسي جديد مستحيلًا.

ملحوظات

1. سيدوروف إل إن ، إيفي آي إن إندوهيدرال فوليرينيس // مجلة سوروس التعليمية ، 2001 ، رقم 8 ، ص 31
2. كروتو إتش دبليو ، هيث جي آر ، أوبراين إس سي ، وآخرون. آل. C 60: Buckminsterfullerene // Nature 318، 162 (1985) DOI: 10.1038 / 318162a0
3. أوساوا إي.كاغاكو (كيوتو) ، المجلد 25 ، ص 854 (1971) ؛ تشيم. أبستر. V.74 (1971)
4. Bochvar D. A.، Galpern E. G.في الأنظمة الافتراضية: carbodecahedron و s-icosahedron و carbo-s-icosahedron // Doklady AN SSSR. - 1973. - ت 209 ، رقم 3. - ص 610.
5. جائزة نوبل في الكيمياء 1996
6. بوسك بي آر ، تسيبورسكي إس جيه ، هيتيتش ر. Fullerenes من البيئة الجيولوجية (إنجليزي) // علوم. (1992) 257 (5067): 215-217 DOI: 10.1126 / العلوم .257.5067.215
7. يوشكين ن.. التركيب الكروي فوق الجزيئي للشنجيت: مسح بيانات الفحص المجهري النفقي. // دان. (1994) 337 (6): 800-803.
8. V.A. ريزنيكوف. Yu. S. Polekhovsky. يعتبر كربون شونجيت غير المتبلور بيئة طبيعية لتكوين الفوليرينات. // رسائل إلى ZhETF. (2000) 26 (15): 94-102.