الفوليرين في الطبيعة. أشكال التآصل المعروفة للكربون

فوليرين سي 60

فوليرين سي 540

الفوليرين, بوكي بولزأو بوكي بولز- المركبات الجزيئية التي تنتمي إلى فئة الأشكال المتآصلة للكربون (البعض الآخر هو الماس ، والكاربين ، والجرافيت) وتمثل متعددات الوجوه المغلقة المحدبة ، المكونة من عدد زوجي من ثلاث ذرات كربون متناسقة. تدين هذه الروابط باسم المهندس والمصمم ريتشارد بكمنستر فولر ، الذي بُنيت هياكله الجيوديسية على هذا المبدأ. في البداية ، اقتصرت هذه الفئة من المفاصل على الهياكل التي تحتوي فقط على وجوه خماسية وسداسية. لاحظ أنه لوجود مثل هذا متعدد الوجوه مغلق شيد من نالرؤوس التي تشكل فقط وجوهًا خماسية وسداسية ، وفقًا لنظرية أويلر عن متعدد السطوح ، والتي تؤكد صحة المساواة | ن | − | ه | + | F | = 2 (أين | ن | , | ه| و | F| على التوالي ، عدد الرؤوس والحواف والوجوه) ، شرط ضروريهو وجود 12 وجهًا خماسيًا بالضبط و ن/ 2-10 وجوه 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 اكتشاف الفوليرين

الخصائص الهيكلية للفوليرينات

في جزيئات الفوليرين ، توجد ذرات الكربون عند رؤوس الأشكال السداسية والخماسية المنتظمة ، والتي تشكل سطح الكرة أو الشكل الإهليلجي. يعتبر 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. 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 الجانب المشتركلاثنين من السداسيات ، هو 1.39 و اتصال C-C، الشائع في الشكل السداسي والخماسي ، أطول ويساوي 1.44 Å. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الرابطة من النوع الأول مزدوجة ، والثانية أحادية ، وهو أمر ضروري لكيمياء C 60 الفوليرين.

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 جزيء C 70 ممدودًا ويشبه كرة الرجبي في شكل.

تحتوي على ما يسمى الفوليرين الأعلى أكثرذرات 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.

توليف الفوليرينات

تم عزل الفوليرينات الأولى من أبخرة الجرافيت المكثفة التي تم الحصول عليها عن طريق التشعيع بالليزر لعينات الجرافيت الصلب. في الواقع ، كانت آثارًا للمادة. التالي خطوة مهمةتم صنعه في عام 1990 بواسطة W. Kretschmer و Lamb و D.Huffman وآخرون ، الذين طوروا طريقة للحصول على كميات جرام من الفوليرين عن طريق حرق أقطاب الجرافيت في قوس كهربائي في جو الهيليوم عند ضغوط منخفضة. . في عملية تآكل الأنود ، استقر السخام المحتوي على كمية معينة من الفوليرين على جدران الغرفة. 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 ، والتركيب الكيميائي ، وما إلى ذلك) ، وظلت طريقة "القوس" الأكثر إنتاجية لفترة طويلة (الإنتاجية حوالي 1 جم / ساعة). بعد ذلك ، تمكنت ميتسوبيشي من التأسيس الإنتاج الصناعيالفوليرينات بحرق الهيدروكربونات ، لكن هذه الفوليرينات تحتوي على أكسجين ، وبالتالي فإن طريقة القوس لا تزال هي الطريقة الوحيدة المناسبة للحصول على الفوليرينات النقية.

لا تزال آلية تكوين الفوليرين في القوس غير واضحة ، نظرًا لأن العمليات التي تحدث في منطقة حرق 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 صنعه 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. جعل هذا الظرف من الضروري التخلي عن الصورة المرئية لتكوين الفوليرينات نتيجة لطي طبقات الجرافيت الذرية إلى كرات مغلقة.

أدت الزيادة السريعة نسبيًا في العدد الإجمالي للتركيبات لإنتاج الفوليرين والعمل المستمر لتحسين طرق تنقيتها إلى انخفاض كبير في تكلفة C 60 على مدار الـ 17 عامًا الماضية - من 10000 دولار إلى 10-15 دولارًا لكل غرام ، الذي أوصلهم إلى حدود استخدامهم الصناعي الحقيقي.

لسوء الحظ ، على الرغم من تحسين طريقة Huffman-Kretchmer (HK) ، لا يمكن زيادة محصول الفوليرين بأكثر من 10-20٪ من الكتلة الإجمالية للجرافيت المحترق. بالنظر إلى التكلفة العالية نسبيًا للمنتج الأولي ، الجرافيت ، يصبح من الواضح أن 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. تم تحقيق أكبر نجاح في هذا المجال من قبل شركة Mitsubishi ، والتي ، كما ذكرنا سابقًا ، 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 تتحدد 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 هي حلول 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 إجراؤه بالحفاظ على العينة عند درجة حرارة 150-250 درجة مئوية في فراغ ديناميكي (حوالي 0.1 تور).

الخصائص الفيزيائية والقيمة المطبقة للفوليرين

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 بخصائصها الفردية (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 (fcc) مركزها الوجه مع ثابت يبلغ 1.415 نانومتر ، ولكن مع انخفاض درجة الحرارة ، يحدث انتقال طور من الدرجة الأولى (T cr ≈ 260 K) وبلورة C 60 يغير هيكلها إلى شكل 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. يحدث التجميد الكامل للدوران عند 165 كلفن. هيكل بلوريتمت دراسة С 70 عند درجات حرارة بترتيب درجة حرارة الغرفة بالتفصيل في العمل. على النحو التالي من نتائج هذا العمل ، البلورات من هذا النوعلها شبكة شعرية محورها الجسم (bcc) مع خليط صغير من المرحلة السداسية.

الخصائص البصرية غير الخطية للفوليرينات

يُظهر تحليل التركيب الإلكتروني للفوليرينات وجود أنظمة الإلكترون ، والتي توجد لها قيم كبيرة للحساسية اللاخطية. الفوليرين لديها بالفعل غير خطية الخواص البصرية. 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 الفوليرينات كمحددات إشعاع ليزر ومفاتيح Q. ومع ذلك ، لعدد من الأسباب ، يصعب على الفوليرين التنافس هنا مع المواد التقليدية. غالي السعر، صعوبات في تشتت الفوليرين في الزجاج ، القدرة على التأكسد السريع في الهواء ، معاملات غير مسجلة للقابلية غير الخطية ، عتبة محدودة عالية إشعاع بصري(غير مناسب لحماية العين) صعوبات خطيرةضد المواد المنافسة.

ميكانيكا الكم والفوليرين

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

محلول مائي C 60 HyFn

Hydrated C 60 - C 60 HyFn الفوليرين عبارة عن مركب فائق الجزيء قوي مائي يتكون من جزيء C 60 من الفوليرين المغلق في غلاف الترطيب الأول ، والذي يحتوي على 24 جزيء ماء: C 60 @ (H 2 O) 24. يتكون غلاف الماء نتيجة تفاعل المتبرع - المتقبل لأزواج وحيدة من جزيئات الأكسجين في الماء مع مراكز متقبل الإلكترون على سطح الفوليرين. في الوقت نفسه ، ترتبط جزيئات الماء الموجهة بالقرب من سطح الفوليرين بشبكة حجمية 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. صورة لمحلول 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 ، تم ربط عدد من الدراسات باستخدام الفوليرين كمادة جديدة للتطبيقات التقليدية في الإلكترونيات: الصمام الثنائي ، والترانزستور ، والخلايا الكهروضوئية ، وما إلى ذلك. نانوثانية). 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 مثالًا للحصول على دقة دون الميكرون (≈20 نانومتر) عن طريق حفر السيليكون بحزمة إلكترونية باستخدام قناع من فيلم C 60 مبلمر.

إضافات الفوليرين لنمو أغشية الألماس بطريقة الأمراض القلبية الوعائية

إمكانية أخرى مثيرة للاهتمام تطبيق عمليهو استخدام إضافات الفوليرين في نمو أغشية الألماس بطريقة 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. واحد من الطرق الممكنةالحل لهذه المشكلة هو 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

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 توصيل معدني ، والتي تمر في درجات حرارة منخفضة إلى موصل فائق. يتم إنتاج المنشطات بـ 60 عن طريق معالجة البلورات ببخار معدني عند درجات حرارة تصل إلى عدة مئات من درجات مئوية. في هذه الحالة ، يتم تكوين هيكل من النوع X 3 C 60 (X عبارة عن ذرة فلز قلوي). كان أول معدن مقحم هو البوتاسيوم. يحدث انتقال مركب K 3 C 60 إلى حالة الموصلية الفائقة عند درجة حرارة 19 ك. هذه قيمة قياسية للموصلات الجزيئية الفائقة. سرعان ما ثبت أن العديد من الفوليريتات المخدرة بالذرات تمتلك الموصلية الفائقة. الفلزات القلويةفي نسبة X 3 C 60 أو XY 2 C 60 (X ، Y - ذرات فلز قلوي). 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 المواد المضافة الصغيرة لسخام الفوليرين على خصائص مقاومة الاحتكاك والتآكل لمادة PTFE

وتجدر الإشارة إلى أن وجود C 60 الفوليرين في مواد التشحيم المعدنية يبدأ في تكوين طبقة واقية من الفوليرين كاملة الأبعاد بسمك 100 نانومتر على أسطح الجسم المقابل. 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 العمل لوحدات الاحتكاك بمقدار 1.5 - 2 مرة ، يقلل من وقت تشغيل الأجسام المضادة.

تطبيقات أخرى من الفوليرين

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٪. يمكن أيضًا استخدام الفوليرين في الصيدلة لابتكار أدوية جديدة. 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 للفوليرينات

الفوليرينات بالرغم من عدم وجود ذرات الهيدروجين والتي يمكن استبدالها كما في الحالة العادية

توجد الفوليرين في كل مكان في الطبيعة ، وخاصة حيث يوجد الكربون والطاقات العالية. توجد بالقرب من نجوم الكربون ، في الفضاء بين النجوم ، في الأماكن التي يضرب فيها الصواعق ، بالقرب من فوهات البراكين ، وتتشكل عندما يتم حرق الغاز في موقد غاز منزلي أو في لهب ولاعة عادية.

تم العثور على الفوليرين أيضًا في أماكن تراكم صخور الكربون القديمة. مكان خاصينتمي إلى معادن Karelian - shungite. يبلغ عمر هذه الصخور ، التي تحتوي على ما يصل إلى 80٪ من الكربون النقي ، حوالي 2 مليار سنة. طبيعة أصلهم لا تزال غير واضحة. أحد الافتراضات هو سقوط نيزك كربون كبير.

يعتبر Fullerenes في Shungites Stone موضوعًا تمت مناقشته على نطاق واسع في الكثيرين المنشورات المطبوعةوعلى صفحات الويب. هناك العديد من الآراء المتضاربة حول هذا الأمر ، فيما يتعلق بكل من القراء ومستخدمي منتجات shungite لديهم الكثير من الأسئلة. هل تحتوي shungites حقًا على الشكل الجزيئي للكربون - الفوليرين؟ هل تحتوي "المياه Marcial" الطبية على الفوليرين؟ هل من الممكن شرب ماء مشبع بالشونجيت وما فائدة ذلك؟ بناءً على خبرتنا في البحث العلمي حول خصائص مختلف shungites ، نقدم أدناه رأينا حول هذه الأسئلة وبعض الأسئلة الشائعة الأخرى.

في الوقت الحاضر ، أصبحت المنتجات المصنعة باستخدام Karelian shungites منتشرة على نطاق واسع. وهي عبارة عن فلاتر مختلفة لمعالجة المياه ، والأهرام ، والمعلقات ، والمنتجات التي تحمي من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، والمعاجين ، والحصى الشنجيت ، والعديد من الأنواع الأخرى من المنتجات المعروضة كوسائل وقائية وعلاجية وتحسين الصحة. في نفس الوقت ، كقاعدة عامة ، السنوات الاخيرةالخصائص الطبية أنواع مختلفةتنسب shungites إلى الفوليرينات الموجودة فيها.

بعد فترة وجيزة من اكتشاف الفوليرين في عام 1985 ، ظهر بحث نشطلهم في الطبيعة. تم العثور على الفوليرين في Karelian shungite ، كما ورد في المنشورات العلمية المختلفة. في المقابل ، قمنا بتطوير مناهج منهجية بديلة لعزل الفوليرينات من shungites وإثبات وجودها. حللت الدراسات العينات المأخوذة في مناطق مختلفة من Zaonezhye ، حيث توجد صخور shungite. قبل التحليل ، تم سحق عينات shungite إلى حالة microdisperse.

تذكر أن shungites عبارة عن شبكة سيليكات مخرمة ، تمتلئ فراغاتها بكربون shungite ، والذي يعتبر في بنيته منتجًا وسيطًا بين الكربون غير المتبلور والجرافيت. يوجد أيضًا في كربون shungite مركبات عضوية طبيعية ذات وزن جزيئي منخفض وعالي (NONVS) غير مفسرة التركيب الكيميائي. تختلف Shungites في تكوين القاعدة المعدنية (ألومينوسيليكات ، سيليسي ، كربونات) وتكوين كربون شونجيت. تنقسم Shungites إلى كربون منخفض (يصل إلى 5٪ C) ، كربون متوسط ​​(5-25٪ C) وكربون مرتفع (25-80٪ C). بعد الاحتراق الكامل للشونجيت في الرماد ، بالإضافة إلى السيليكون ، تم العثور على Fe ، Ni ، Ca ، Mg ، Zn ، Cd ، V ، Mo ، Cu ، Ce ، As ، W وعناصر أخرى.

يوجد الفوليرين في كربون الشنجيت على شكل مجمعات خاصة ومتلقية للمانحين القطبين مع PONVS. لذلك ، لا يحدث الاستخراج الفعال للفوليرينات منه بالمذيبات العضوية ، على سبيل المثال ، التولوين ، حيث تكون الفوليرين قابلة للذوبان بدرجة عالية ، وغالبًا ما يؤدي اختيار طريقة الاستخلاص هذه إلى نتائج متضاربة حول الوجود الحقيقي للفوليرين في الشنجيت. .

في هذا الصدد ، قمنا بتطوير طريقة للاستخراج بالموجات فوق الصوتية لتشتت المنظفات المائية من shungite ، متبوعًا بنقل الفوليرين من وسط قطبي إلى مرحلة مذيب عضوي. بعد عدة مراحل من الاستخلاص والتركيز والتنقية ، من الممكن الحصول على محلول في الهكسان ، حيث تتميز أطياف الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء الخاصة بأطياف الفوليرين النقي C 60. أيضًا ، الإشارة الواضحة في الطيف الكتلي مع m / z = 720 (الشكل أدناه) هي تأكيد لا لبس فيه على وجود الفوليرين C60 فقط في shungites.

252 طيف كتلة Cf-PD من مستخلص شونجيت. تكون الإشارة عند 720 صباحًا فوليرين С60 ، والإشارات عند 696 ، 672 هي أيونات فوليرين تجزئة مميزة С60 تتشكل في ظروف تأين امتزاز البلازما.

ومع ذلك ، وجدنا أنه لا تحتوي كل عينة من shungite على الفوليرينات. من بين جميع عينات shungite التي قدمها لنا معهد الجيولوجيا التابع للمركز العلمي Karelian التابع لأكاديمية العلوم الروسية (Petrozavodsk ، روسيا) والتي تم اختيارها من مناطق مختلفة لحدوث صخور shungite ، تم العثور على C 60 الفوليرين في عينة واحدة فقط من شونجيت عالي الكربون يحتوي على أكثر من 80٪ كربون. علاوة على ذلك ، يحتوي على حوالي 0.04 بالوزن. ٪. من هذا المنطلق يمكننا أن نستنتج أنه لا تحتوي كل عينة من shungite على الفوليرين ، على الأقل بالكمية المتاحة للكشف عنها من خلال الطرق الحديثة عالية الحساسية للتحليل الفيزيائي والكيميائي.

إلى جانب ذلك ، من المعروف أن shungites يمكن أن تحتوي على كمية كبيرة إلى حد ما من الشوائب ، بما في ذلك أيونات المعادن الثقيلة متعددة التكافؤ. وبالتالي ، قد يحتوي الماء الممزوج بالشونجيت على شوائب سامة غير مرغوب فيها.

ولكن لماذا إذن الماء Marcial (Karelian المياه الطبيعيةالتي تمر عبر الصخور الحاملة للشونغيت) لها خصائص بيولوجية فريدة من نوعها. تذكر أنه حتى في زمن بيتر الأول ، وبمبادرة شخصية منه ، تم افتتاح نبع الشفاء "Marcial Waters" في كاريليا (لمزيد من التفاصيل ، انظر). لفترة طويلة ، لم يستطع أحد شرح سبب الخصائص العلاجية الخاصة لهذا المصدر. كان من المفترض أن زيادة محتوى الحديد في هذه المياه هو سبب آثار الشفاء. ومع ذلك ، هناك العديد من المصادر التي تحتوي على الحديد على الأرض ، ولكن كقاعدة عامة ، فإن آثار الشفاء من تناولها محدودة للغاية. فقط بعد اكتشاف الفوليرين في صخور الشونغيت التي يتدفق من خلالها المصدر ، نشأ الافتراض بأن الفوليرين هو السبب الرئيسي ، وجوهر التأثير العلاجي للمياه القتالية.

في الواقع ، لا يحتوي الماء الذي يمر عبر طبقات صخور شونجيت "المغسولة" لفترة طويلة على أي كميات ملحوظة من الشوائب الضارة. الماء "مشبع" بالهيكل الذي تعطيه إياه الصخر. يساهم الفوليرين الموجود في shungite في ترتيب الهياكل المائية وتكوين مجموعات هيدرات شبيهة بالفوليرين واكتساب خصائص بيولوجية فريدة لمياه القتال. Shungite مخدر بالفوليرين هو نوع من المنظم الطبيعي للمياه التي تمر عبره. في الوقت نفسه ، لم يتمكن أحد حتى الآن من اكتشاف الفوليرينات في مياه مارسيال أو في تسريب المياه من شونجيت: إما أنها لم يتم غسلها من شونجيت ، أو إذا تم غسلها ، فحينئذٍ بكميات ضئيلة لم يتم اكتشافها بأي من الطرق المعروفة. بالإضافة إلى ذلك ، من المعروف أن الفوليرينات لا تذوب تلقائيًا في الماء. وإذا تم احتواء جزيئات الفوليرين في المياه العسكرية ، فسيتم الحفاظ على خصائصه المفيدة لفترة طويلة جدًا. ومع ذلك ، فهي نشطة لفترة قصيرة فقط. بالإضافة إلى "المياه الذائبة" ، المشبعة بالعنقودية ، والتراكيب الشبيهة بالجليد ، تحتفظ المياه Marcial ، التي تحتوي على هياكل شبيهة بالفوليرين وحيوية ، بخصائصها لبضع ساعات فقط. عند تخزين المياه القتالية ، وكذلك "المذابة" ، تقوم مجموعات المياه المطلوبة بالتدمير الذاتي وتكتسب المياه الخصائص الهيكليةمثل الماء العادي. لذلك ، ليس من المنطقي سكب مثل هذه المياه في الحاويات وتخزينها لفترة طويلة. إنه يفتقر إلى عنصر تشكيل الهيكل ودعم الهيكل ، C60 فوليرين في حالة رطبة ، وهو قادر على الحفاظ على مجموعات المياه المنظمة لفترة طويلة بشكل تعسفي. بمعنى آخر ، من أجل أن تحتفظ المياه بهياكلها العنقودية الطبيعية لفترة طويلة ، فإن الوجود المستمر لعامل تكوين البنية فيها ضروري. لهذا ، فإن جزيء الفوليرين هو الأمثل ، كما رأينا لسنوات عديدة ، حيث ندرس الخصائص الفريدة للفوليرين المائي C 60.

بدأ كل شيء في عام 1995 ، عندما طورنا طريقة للحصول على المحاليل الجزيئية الغروانية للفوليرينات المائية في الماء. في الوقت نفسه ، تعرفنا على كتاب يحكي عن الخصائص غير العادية للمياه القتالية. حاولنا إعادة إنتاج الجوهر الطبيعي للمياه القتالية في ظروف المختبر. لهذا الغرض ، تم استخدام مياه بدرجة عالية من التنقية ، والتي ، وفقًا لتقنية خاصة ، تمت إضافة الفوليرين المائي C 60 بجرعات صغيرة جدًا. بعد ذلك ، بدأ إجراء العديد من الاختبارات البيولوجية على مستوى الجزيئات الحيوية الفردية والخلايا الحية و الكائن الحي كله. كانت النتائج مذهلة. في أي علم أمراض تقريبًا ، وجدنا فقط التأثيرات البيولوجية الإيجابية لعمل الماء مع الفوليرين المائي C 60 ، وآثار استخدامه لم تتزامن تمامًا فحسب ، بل تجاوزت أيضًا في العديد من العوامل ، التأثيرات التي تم وصفها لمياه الدفاع عن النفس مرة أخرى في مرات بطرس. تختفي العديد من التغيرات المرضية في الكائن الحي وتعود إلى حالتها الطبيعية والصحية. لكن هذا ليس دواءً مستهدفًا وليس مركبًا كيميائيًا غريبًا ، ولكنه مجرد كرة من الكربون مذابة في الماء. علاوة على ذلك ، لدى المرء انطباع بأن الفوليرين الرطب سي 60 يساعد على العودة إلى " حالة طبيعية»أي تغيرات سلبية في الجسم نتيجة ترميم وصيانة الهياكل التي ولدها ، كمصفوفة ، في عملية ولادة الحياة.

لذلك ، على ما يبدو ، ليس من قبيل المصادفة أن أورلوف أ. في كتابه "Shungite - حجر ماء نظيف. ، بمقارنة خصائص shungites والفوليرينات ، يتحدث عن الأخير باعتباره جوهر الصحة.

1. Buseck وآخرون. الفوليرين من البيئة الجيولوجية. Science 10 July 1992: 215-217. DOI: 10.1126 / العلوم .257.5067.215.37.
2. ن. يوشكين. التركيب الكروي فوق الجزيئي للشنجيت: مسح بيانات الفحص المجهري النفقي. دان ، 1994 ، ص 337 ، رقم 6 ص. 800-803.
3. V. ريزنيكوف. يوس. بوليكوفسكي. يعتبر كربون شونجيت غير المتبلور بيئة طبيعية لتكوين الفوليرينات. رسائل إلى ZhTF. 2000. v. 26. ج. 15. ص 94-102.
4. بيتر ر. بوسيك. الفوليرينات الجيولوجية: مراجعة وتحليل. رسائل علوم الأرض والكواكب. V 203، I 3-4، 15 November 2002، Pages 781-792
5.N.N. روزكوفا ، جي في أندريفسكي. أنظمة غروانية مائية تعتمد على الكربون الشنجيت واستخراج الفوليرين منها. ورشة العمل الدولية الرابعة بينالي في روسيا "الفوليرين والعناقيد الذرية" IWFAC "99 4-8 أكتوبر 1999 ، سان بطرسبرج ، روسيا ، كتاب الملخصات ، ص 330.
6. N.N. Rozhkova، G.V. أندريفسكي. الفوليرين في الكربون الشنجيت. جلس. علمي وقائع الدولية ندوة "الفوليرين والهياكل الشبيهة بالفوليرين": 5-8 حزيران (يونيو) 2000 ، BSU ، مينسك ، 2000 ، ص 63-69.
7. N.N. روجكوفا ، ج. أندريفسكي. الغروانيات النانوية الكربونية Shungite. استخلاص الفوليرينات بالمذيبات المائية. جلس. علمي الإجراءات III ندوة دولية"علم المعادن والحياة: متماثلات المعادن الحيوية" ، 6-8 حزيران (يونيو) 2000 ، سيكتيفكار ، روسيا ، جيوبرينت ، 2000 ، ص 53-55.
8. S.A. فيشنفسكي. المناطق الطبية في كاريليا. دار النشر الحكومية لـ Karelian ASSR ، بتروزافودسك ، 1957 ، 57 ص.
9. الفوليرين: جوهر الصحة. الفصل على ص. 79-98 في كتاب: م. أورلوف. "Shungite - حجر من الماء النقي". موسكو - سانت بطرسبرغ: "دار النشر DILYa" ، 2004. - 112 صفحة ؛ وعلى الإنترنت في الموقع (www.golkom.ru/book/36.html).

وجد الفيزيائيون والكيميائيون العديد من التطبيقات للفوليرينات: فهي تُستخدم في تخليق مركبات جديدة في البصريات وفي إنتاج الموصلات. فيما يتعلق بالخصائص البيولوجية للفوليرين ، تم تلقي بيانات غامضة لفترة طويلة: أعلن علماء الأحياء أنها سامة ، أو اكتشفوا الخصائص المضادة للأكسدة للفوليرين واقترحوا استخدامها في علاج أمراض خطيرة مثل الربو القصبي.

طويل العمر الفئران

في عام 2012 ، تم نشر منشور جذب انتباه علماء الشيخوخة - المتخصصين الذين يعملون على مشاكل الشيخوخة. في هذا العمل ، أظهر طارق باتي وزملاؤه نتائج مبهرة - فقد عاشت الفئران التي تم تغذيتها على معلق من الفوليرين في زيت الزيتون ضعف المدة المعتادة ، بالإضافة إلى أنها أظهرت مقاومة متزايدة للعوامل السامة (مثل رابع كلوريد الكربون). ترجع سمية هذا المركب إلى قدرته على توليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) ، مما يعني أن التأثيرات البيولوجية للفوليرين يمكن تفسيرها على الأرجح بخصائصها المضادة للأكسدة (القدرة على "اعتراض" وإلغاء تنشيط ROS).

* - لقد تحدث "الجزيء الحيوي" عن هذا بالتفصيل: « » . - إد.

إن العلاقة بين أنواع الأكسجين التفاعلية والعمليات التي تحدث أثناء الشيخوخة أمر لا شك فيه الآن. منذ الستينيات من القرن العشرين ، عندما تمت صياغة نظرية الجذور الحرة للشيخوخة ، وحتى الوقت الحاضر ، فإن كمية البيانات التي تؤكد وجهة النظر هذه تتراكم فقط. ومع ذلك ، حتى الآن ، لا يوجد أي مضاد للأكسدة - لا طبيعي ولا صناعي - لم يعط مثل هذه الزيادة المذهلة في عمر الحيوانات التجريبية ، كما هو الحال في تجارب باتي وزملائه. حتى المصممة خصيصًا من قبل فريق يقوده الأكاديمي Skulachev مضادات الأكسدة "المستهدفة" - ما يسمى بـ "أيونات Skulachev" ، أو مركبات سلسلة SkQ - أظهرت تأثيرات أقل أهمية.

هذه المواد هي جزيئات محبة للدهون موجبة الشحنة مع "ذيل" مضاد للأكسدة ، والذي ، بسبب تركيبته ، قادر على التراكم في الميتوكوندريا (في هذه العضيات من الخلايا حقيقية النواة يتم توليد أنواع الأكسجين التفاعلية). ومع ذلك ، فإن مركبات سلسلة SkQ أطالت عمر الفئران التجريبية بنسبة 30 ٪ فقط في المتوسط.

الشكل 2. اليسار- فأر تتباطأ شيخوخته بسبب تناول "أيونات سكولاتشيف" ، على اليمين- فأر من المجموعة الضابطة.

لماذا تبين أن الفوليرين فعال للغاية في مكافحة الشيخوخة؟

بعد طرح هذا السؤال ، بدأنا في النظر في إمكانية وجود آلية إضافية للعمل البيولوجي للفوليرين - بالإضافة إلى مضادات الأكسدة المعروفة بالفعل. تم العثور على الدليل في دراسة أحد مركبات سلسلة SkQ - SkQR1 ، التي تحتوي على بقايا رودامين. هذا المركب ينتمي إلى المجموعة البروتونوفور- الجزيئات القادرة على نقل البروتونات من الفضاء بين الغشاء عبر الغشاء إلى مصفوفة الميتوكوندريا ، وبالتالي تقليل إمكانات الغشاء (Δψ). كما هو معروف ، فإن هذه الإمكانية موجودة بسبب الاختلاف في محتوى البروتونات وفقًا لها جوانب مختلفةالأغشية ، ويضمن إنتاج الطاقة في الخلية. ومع ذلك ، فهو أيضًا مصدر توليد ROS. من حيث الجوهر ، فإن أنواع الأكسجين التفاعلية هنا تشبه "النفايات السامة" من إنتاج الطاقة. على الرغم من أن لها عددًا من الوظائف المفيدة ، إلا أن أنواع الأكسجين التفاعلية هي مصدرًا أساسيًا لتلف الحمض النووي والدهون والعديد من الهياكل داخل الخلايا.

الشكل 3مخطط هيكل الميتوكوندريا ( اليسار) ، نقل البروتونات عن طريق الأحماض العضوية - "المفككات اللينة" ( في المركز) - و dinitrophenol - أشهر "أجهزة فك الارتباط" ( على اليمين).

هناك دليل على أن حدوث انخفاض طفيف في إمكانات الغشاء عبر الميتوكوندريا قد يكون مفيدًا للخلايا. تقليله بنسبة 10٪ فقط يؤدي إلى انخفاض في إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية بمقدار 10 مرات! هناك ما يسمى بـ "المفككات اللينة" التي تزيد من موصلية البروتون للأغشية ، مما يؤدي إلى "فك اقتران" التنفس وفسفرة ATP.

ولعل أشهر "أداة فك الارتباط" هي DNF ، أو 2،4-دينيتروفينول (الشكل 3). في الثلاثينيات من القرن العشرين ، كان يستخدم بنشاط كبير في علاج السمنة. في الواقع ، يعتبر الدينيتروفينول أول "حارق للدهون" يستخدم في الطب الرسمي. تحت تأثيرها ، تتحول الخلية إلى مسار استقلابي بديل ، يبدأ "حرق" الدهون ، ولا يتم تخزين الطاقة التي تتلقاها الخلية في ATP ، كالمعتاد ، ولكن يتم إشعاعها في شكل حرارة.

البحث عن طرق سهلة لفقدان الوزن سيكون دائمًا ذا صلة ، طالما كان الممثلون الانسان العاقلسوف تقلق بشأن مظهرهم ؛ ومع ذلك ، فإن الأمر الأكثر إثارة للاهتمام بالنسبة لدراستنا هو حقيقة أن هذه "أدوات الفصل اللينة" تقلل من إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية ، وفي الجرعات الصغيرة ، يمكن أن تساعد في إطالة العمر.

السؤال الذي يطرح نفسه - هل يمكن أن تظهر الفوليرينات ، بالإضافة إلى الخصائص المضادة للأكسدة ، أيضًا خصائص "ناقلات" البروتونات ، وبالتالي تعمل من جانبين في وقت واحد؟ بعد كل شيء ، يكون جزيء الفوليرين الكروي مجوفًا من الداخل ، مما يعني أن الجسيمات الصغيرة ، مثل البروتونات ، يمكن أن تتلاءم معه بسهولة.

النمذجة في السيليكو: ماذا فعل الفيزيائيون

لاختبار هذه الفرضية ، أجرى فريق REC "بنية الأبعاد النانوية للمادة" حسابات معقدة. كما في قصة اكتشاف الفوليرين في دراستنا نمذجة الكمبيوترسبقت التجارب. تم تنفيذ محاكاة إمكانية اختراق البروتون في الفوليرين وتوزيع الشحنة في مثل هذا النظام على أساس نظرية الكثافة الوظيفية (DFT). إنها أداة حساب كيميائية كمية مستخدمة على نطاق واسع تسمح لك بحساب خصائص الجزيئات بدقة عالية.

أثناء المحاكاة ، تم وضع واحد أو عدة بروتونات خارج الفوليرين ، ثم تم حساب التكوين الأمثل - حيث تكون الطاقة الإجمالية للنظام ضئيلة. أظهرت نتائج الحساب أن البروتونات يمكنها اختراق الفوليرين! اتضح أن ما يصل إلى ستة بروتونات يمكن أن تتراكم داخل جزيء C 60 في نفس الوقت ، لكن السابع والجزيء التالي لن يكون قادرًا على اختراق الداخل وسوف يتنافر - الحقيقة هي أن الفوليرين "مشحون" بالبروتونات يكتسب شحنة موجبة (وكما تعلم ، تتنافر الجسيمات المشحونة).

الشكل 4. توزيع الشحنة الموجبة داخل نظام "الفوليرين + البروتونات". من اليسار الى اليمين:اثنان أو أربعة أو ستة بروتونات داخل الفوليرين. يشير اللون إلى توزيع الشحنة: من محايد ( أحمر) إلى موجب قليلاً ( أزرق).

يحدث هذا لأن البروتونات التي تخترق داخل "كرة" الفوليرين تسحب السحب الإلكترونية لذرات الكربون تجاه نفسها ، مما يؤدي إلى إعادة توزيع الشحنة في نظام "البروتونات + الفوليرين". كلما زاد اختراق البروتونات للداخل ، زادت قوة الشحنة الموجبة على سطح الفوليرين ، بينما تقترب البروتونات ، على العكس من ذلك ، أكثر فأكثر من القيم المحايدة. يمكن أيضًا رؤية هذا النمط في الشكل 4: عندما يتجاوز عدد البروتونات داخل الكرة 4 ، تصبح محايدة (لون أصفر برتقالي) ، ويتحول سطح الفوليرين إلى اللون الأزرق أكثر فأكثر.

في البداية ، تم إجراء الحسابات فقط في نظام "الفوليرين + البروتونات" (دون مراعاة تأثير الجزيئات الأخرى). لكن بعد كل شيء ، في الخلية ، الفوليرين ليس في فراغ ، ولكن في وسط مائي مليء بالعديد من المركبات بدرجات متفاوتة من التعقيد. لذلك ، في المرحلة التالية من المحاكاة ، أضاف الفيزيائيون 47 جزيء ماء يحيط بالفوليرين للنظام وفحصوا ما إذا كان وجودهم سيؤثر على التفاعل مع البروتونات. ومع ذلك ، حتى في وجود الماء ، عمل النموذج بنجاح.

علماء الأحياء يؤكدون الفرضية؟

ألهم علماء الأحياء الأخبار القائلة بأن الفوليرينات يمكن أن تمتص البروتونات ، بل وتكتسب شحنة موجبة. يبدو أن هذه الجزيئات الفريدة تعمل بالفعل بعدة طرق في وقت واحد: فهي تعطل أنواع الأكسجين التفاعلية (على وجه الخصوص ، جذور الهيدروكسيل ، وتربطها بالعديد من الروابط المزدوجة) ، وتتراكم في الميتوكوندريا بسبب خصائصها المحبة للدهون واكتسابها شحنة موجبة، وعلاوة على ذلك ، تقليل إمكانات الغشاء عن طريق نقل البروتونات إلى الميتوكوندريا ، مثل غيرها من "أجهزة فك الارتباط اللينة" للتنفس والفسفرة التأكسدية.

لدراسة الخصائص المضادة للأكسدة للفوليرين ، استخدمنا نظام اختبار سريع يعتمد على أجهزة الاستشعار الحيوية البكتيرية ذات الإضاءة الحيوية. المستشعرات الحيوية بتنسيق هذه القضية- البكتيريا المعدلة وراثيًا القادرة على اكتشاف زيادة التوليد داخل الخلايا لـ ROS و "إرسال إشارات" إلى الباحثين. عند إنشاء أجهزة استشعار حيوية في جينوم إحدى سلالات الإشريكية القولونية غير المؤذية الإشريكية القولونيةيتم إدخال بنية اصطناعية ، تتكون من جينات التلألؤ (الوهج) ، والتي يتم وضعها تحت سيطرة محددة المروجين- العناصر التنظيمية التي يتم "تشغيلها" مع زيادة التوليد داخل الخلايا لأنواع الأكسجين التفاعلية ، أو تحت تأثير عوامل الإجهاد الأخرى - على سبيل المثال ، تلف الحمض النووي. يجدر البدء في العمل على الخلية بعامل الإجهاد هذا - تبدأ البكتيريا في التوهج ، ويمكن استخدام مستوى هذا التوهج لتحديد مستوى الضرر بدقة كافية.

الشكل 5البكتيريا المتوهجة على طبق بتري ( اليسار) ومبدأ تشغيل أجهزة الاستشعار ( على اليمين).

يتم تطوير مثل هذه السلالات المعدلة في معهد أبحاث الدولة لعلم الوراثة وتستخدم على نطاق واسع في علم السموم الوراثي لدراسة آليات عمل الإشعاع والإجهاد التأكسدي ، وعمل مضادات الأكسدة (على وجه الخصوص ، SkQ1) ، وكذلك للبحث عن جديد مضادات الأكسدة الواعدة من بين المواد المصنعة من قبل الكيميائيين.

في حالتنا ، يرجع استخدام النموذج البكتيري إلى ما يلي: البكتيريا ، كما هو معروف ، تنتمي إلى بدائيات النوى ، وخلاياها أبسط من الخلايا حقيقية النواة. تتحقق العمليات التي تحدث في غشاء الميتوكوندريا لحقيقيات النوى في بدائيات النوى مباشرة في غشاء الخلية؛ وبهذا المعنى ، فإن البكتيريا هي "ميتوكوندريا خاصة بهم". (إن التشابه المذهل لبنية هذه العضيات مع البكتيريا خدم في وقت واحد كأساس لما يسمى نظرية الأصل التكافليحقيقيات النوى.) لذلك ، لدراسة العمليات التي تحدث في الميتوكوندريا ، مثل هذا النموذج مناسب تمامًا.

أظهرت النتائج الأولى أن المعلق المائي لـ C60 الفوليرين ، المعالج بالموجات فوق الصوتية لإذابة أكثر كفاءة ، عند إضافته إلى مستنبت جهاز الاستشعار الحيوي ، زاد من مقاومته لتلف الحمض النووي بواسطة أنواع الأكسجين التفاعلية. كان مستوى هذا الضرر في التجربة أقل بنسبة 50-60٪ منه في المجموعة الضابطة.

بالإضافة إلى ذلك ، تم تسجيل انخفاض في مستوى الإنتاج التلقائي لجذر الأنيون الفائق في خلايا سلالة SoxS-lux عند إضافة معلق C 60. سمة من سمات هذه السلالة هي بالضبط العلاقة بين مستوى تألقها وكمية شاردة الأكسيد الراديكالية. هذا هو التأثير الذي يجب توقعه من مركب يعمل وفقًا لمبدأ "الفك اللاقرن الناعم" - إذا انخفضت إمكانات الغشاء ، فسيتم إنتاج ROS (على وجه الخصوص ، الأكسيد الفائق) بكميات أقل.

النتائج التي تم الحصول عليها ، بالطبع ، أولية للغاية ، والعمل لا يزال مستمراً ، ولهذا السبب في العنوان الفرعي هذا القسموهناك علامة استفهام. سيحدد الوقت ما إذا كان بإمكاننا استبداله في النهاية بعلامة تعجب واثقة. هناك شيء واحد واضح - في المستقبل القريب ، ستكون مادة الفوليرين حتمًا في بؤرة اهتمام الفرق العلمية التي تدرس مشاكل الشيخوخة وتبحث عن geroprotectors- المواد التي تبطئ الشيخوخة. ومن يدري ما إذا كانت هذه "الكرات" الصغيرة لن تصبح أملًا لإطالة مثل هذه الحياة البشرية القصيرة حتى الآن؟

تم تنفيذ العمل في مختبر الطفرات التجريبية ومختبر الكائنات الحية الدقيقة الصناعية التابع لمعهد أبحاث البيولوجيا التابع للجامعة الفيدرالية الجنوبية ، وكذلك في المركز العلمي والتعليمي "بنية الأبعاد النانوية للمادة" ، الجامعة الفيدرالية الجنوبية ، تحت بتوجيهات الأستاذ. أ. سولداتوف. النتائج الرئيسية لنمذجة نظام "الفوليرين + البروتونات" والتأثيرات البيولوجية موصوفة ، على التوالي ، في الأعمال التالية:

1. Chistyakov V.A. ، Smirnova Yu.O. ، Prazdnova E.V. ، Soldatov A.V. (2013). الآليات الممكنة لمفعول الفوليرين C60 المضاد للأكسدة. بيوميد. الدقة. كثافة العمليات 2013 و 821498 و
2. Prazdnova E.V. ، Chistyakov V.A. ، Smirnova Yu.O. ، Soldatov A.V. ، Alperovich I.G. (2013). الآليات الممكنة لمفعول الفوليرين C60 المضاد للأكسدة. في: ورشة العمل الألمانية الروسية الثانية متعددة التخصصات "تصميم النانو: الفيزياء والكيمياء ونمذجة الكمبيوتر". روستوف أون دون ، 2013 ، 23.

المؤلفات

1. سوكولوف في آي ، ستانكفيتش آي في (1993). الفوليرين - أشكال متآصلة جديدة من الكربون: هيكل ، الهيكل الإلكترونيو الخواص الكيميائية. Uspekhi Khimiya 62b، 455 ؛
2. Buseck PR ، Tsipursky SJ ، Hettich R. (1992). الفوليرين من البيئة الجيولوجية. العلوم 257 ، 215-217 ؛ ؛
3. عين الكواكب: "اكتشاف الفوليرين في الفضاء لأول مرة" ؛
4. أندريفسكي ج.ف. ، كلوشكوف ف.ك. ، ديريفيانتشينكو إل. هل C60 الفوليرين سام؟ أو على السؤال: "أي ضوء سيتم إعطاؤه لتقنيات نانو الفوليرين - أحمر أم لا يزال أخضر؟" . المجلة الإلكترونية "كل الطب على الإنترنت!" ؛
5. شيرينكين S.V. ، Churnosov M.I. ، Andrievsky G.V. ، Vasilchenko L.V. (2009). احتمالات استخدام الفوليرين كمضادات للأكسدة في العلاج الممرض للربو القصبي. الطب السريري № 5 (2009), 56–58 ;
6. باتي ت ، بوراست ف ، غرب ن ، وآخرون. (2012). الكيمياء الحيوية (موسكو) 73 ، 1329-1342 ؛ وآخرون. (2009). خصائص مضادات الأكسدة والتأثيرات الإشعاعية للبنى النانوية الفوليرين الرطبة C 60 في المختبرو في الجسم الحي. الجذور الحرة. بيول. ميد. 47 ، 786-793 ؛ ؛
7. شياو واي. ، ويسنر إم. (2012). توصيف الكراهية السطحية للجسيمات النانوية الهندسية. J. هازارد. حصيرة. 215 ، 146-151 ؛ ؛
8. Zavilgelsky GB ، Kotova V.Y. ، Manukhov IV. (2007). يتم تحديد تأثير 1،1-dimethylhydrazine على الخلايا البكتيرية بواسطة بيروكسيد الهيدروجين. موتات. الدقة. 634 ، 172-176 ؛ ؛
9. Prazdnova E.V. ، Sevryukov A.V. ، Novikova E.V. (2011). الكشف عن الزيت الخام باستخدام أجهزة الاستشعار الحيوية لوكس البكتيرية. وقائع الجامعات. منطقة شمال القوقاز. علوم طبيعية № 4 (2011), 80–83; ;
10. Prazdnova E.V. ، Chistyakov V.A. ، Sazykina M.A. ، Sazykin I.S. ، Khatab Z.S. (2012). بيروكسيد الهيدروجين والسمية الجينية للأشعة فوق البنفسجية بطول موجة 300-400 نانومتر. وقائع الجامعات. منطقة شمال القوقاز. العلوم الطبيعية رقم 1 (2012) ، 85-87 ؛ ؛
11. Chistyakov V.A. ، Prazdnova E.V. ، Gutnikova L.V. ، Sazykina M.A. ، Sazykin I.S. (2012). نشاط إزالة الأكسيد الفائق لمشتق البلاستوكينون - 10- (6'-plastoquinonyl) decyltriphenylphosphonium (SkQ1). الكيمياء الحيوية 77 ، 932-935 ؛ ؛
12. أولودينا يو إن وآخرون (2013). توليف الفينولات المعدلة المعوقة جراحياً ودراسة قدرتها على حماية الحمض النووي البكتيري من التلف الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية B. Chemical Pharmaceutical Journal (قيد الطبع) ؛
13. كوليف إ. (1998). أصل الخلايا حقيقية النواة. مجلة سوروس التعليمية رقم 5 (1998) ، 17-22. .

تم التعرف على اكتشاف الفوليرينات - شكل جديد لوجود أحد أكثر العناصر شيوعًا على الأرض - الكربون ، كواحد من أكثر العناصر المدهشة والأكثر روعة على وجه الأرض. الاكتشافات الكبرىفي علوم القرن العشرين. على الرغم من القدرة الفريدة المعروفة منذ زمن طويل لذرات الكربون على الارتباط بالبنى الجزيئية المعقدة والمتفرعة في كثير من الأحيان والتي تشكل أساس كل ذرات الكربون الكيمياء العضوية، فإن الإمكانية الفعلية لتشكيل جزيئات هيكلية مستقرة من كربون واحد فقط لا تزال غير متوقعة. تأكيد تجريبيحقيقة أن جزيئات من هذا النوع ، التي تتكون من 60 ذرة أو أكثر ، يمكن أن تنشأ في سياق العمليات التي تحدث بشكل طبيعي في الطبيعة حدثت في عام 1985. وقبل ذلك بوقت طويل ، افترض بعض المؤلفين استقرار الجزيئات ذات كرة الكربون المغلقة. ومع ذلك ، كانت هذه الافتراضات تخمينية بحتة نظري. كان من الصعب إلى حد ما تخيل أن مثل هذه المركبات يمكن الحصول عليها عن طريق التخليق الكيميائي. لذلك ، ظلت هذه الأعمال دون أن يلاحظها أحد ، ولم يتم الاهتمام بها إلا بعد فوات الأوان ، بعد الاكتشاف التجريبي للفوليرينات. بدأت مرحلة جديدة في عام 1990 ، عندما تم العثور على طريقة للحصول على مركبات جديدة بكميات جرام ، وطريقة لعزل الفوليرينات في شكل نقي. بعد ذلك بوقت قصير جدا ، أهمها الهيكلية و الخصائص الفيزيائية والكيميائيةالفوليرين C 60 - المركب الأسهل تكوينًا بين الفوليرينات المعروفة. لاكتشافهم - اكتشاف مجموعات الكربون المكونة من C 60 و C 70 - حصل R. Kerl و R. Smalley و G. Kroto في عام 1996 على جائزة نوبل في الكيمياء. كما اقترحوا هيكل الفوليرين سي 60 المعروف لجميع مشجعي كرة القدم.

كما تعلم ، تتكون قشرة كرة القدم من 12 خماسيًا و 20 سداسيًا. من الناحية النظرية ، من الممكن وجود 12500 ترتيب للسندات المزدوجة والمفردة. أكثر الأيزومر ثباتًا (كما هو موضح في الشكل) له هيكل مبتور عشري الوجوه يفتقر إلى الروابط المزدوجة في البنتاغونات. تم تسمية هذا الأيزومر من C 60 باسم "Buckminsterfullerene" تكريما للمهندس المعماري الشهير R. Buckminster Fuller ، الذي أنشأ الهياكل ، تم بناء إطارها المقبب من البنتاغونات والسداسيات. سرعان ما تم اقتراح هيكل لـ C 70 ، يشبه كرة الرجبي (بشكل ممدود).

في إطار الكربون ، تتميز ذرات الكربون بتهجين sp 2 ، حيث ترتبط كل ذرة كربون بثلاث ذرات متجاورة. يتم تحقيق التكافؤ 4 من خلال الروابط p بين كل ذرة كربون وأحد جيرانها. بطبيعة الحال ، يُفترض أن الروابط p يمكن أن تكون غير محددة ، كما هو الحال في المركبات العطرية. يمكن بناء مثل هذه الهياكل لـ n≥20 لأي مجموعات حتى. يجب أن تحتوي على 12 خماسيًا و (ن -20) / 2 سداسي عشري. أقل ما يمكن نظريًا من فوليرين C 20 ليس أكثر من اثني عشر وجهًا - واحد من خمسة متعددات الوجوه العادية، التي لها 12 وجهًا خماسيًا وليس لها وجوه سداسية على الإطلاق. سيكون لجزيء من هذا الشكل هيكل شديد التوتر ، وبالتالي فإن وجوده غير مواتٍ بقوة.

وبالتالي ، من حيث الثبات ، يمكن تقسيم الفوليرين إلى نوعين. تسمح لك الحدود بينهما برسم ما يسمى ب. قاعدة البنتاغون المعزولة (قاعدة البنتاغون المعزولة ، IPR). تنص هذه القاعدة على أن أكثر الفوليرينات استقرارًا هي تلك التي لا يوجد فيها زوج من البنتاغونات له حواف متجاورة. بمعنى آخر ، لا تلمس الخماسيات بعضها البعض ، وكل خماسي محاط بخمسة سداسيات. إذا تم ترتيب الفوليرينات بالترتيب لزيادة عدد ذرات الكربون n ، فإن Buckminsterfullerene - C 60 هو الممثل الأول الذي يفي بقاعدة البنتاغونات المعزولة ، ويكون C 70 هو الثاني. من بين جزيئات الفوليرين ذات n> 70 ، يوجد دائمًا أيزومر خاضع لـ IPR ، ويزداد عدد هذه الأيزومرات بسرعة مع عدد الذرات. تم العثور على 5 أيزومرات لـ C 78 ، 24 - لـ C 84 و 40 - لـ C 90. الأيزومرات التي تحتوي على خماسيات متجاورة في بنيتها أقل استقرارًا بشكل ملحوظ.

كيمياء الفوليرين

حاليًا ، يرتبط الجزء السائد من البحث العلمي بكيمياء الفوليرين. تم بالفعل تصنيع أكثر من 3 آلاف مركب جديد على أساس الفوليرينات. يرتبط هذا التطور السريع لكيمياء الفوليرين بالسمات الهيكلية لهذا الجزيء ووجوده عدد كبيرروابط مترافقة مزدوجة على كرة كربون مغلقة. أتاح الجمع بين الفوليرين وممثلي العديد من فئات المواد المعروفة إمكانية حصول الكيميائيين التخليقيين على مشتقات عديدة من هذا المركب.

على عكس البنزين ، حيث أطوال روابط C-C هي نفسها ، يمكن التمييز بين روابط الفوليرين ذات الطبيعة "المزدوجة" والأكثر "الأحادية" ، وغالبًا ما يعتبر الكيميائيون الفوليرينات أنظمة بوليين ناقصة الإلكترون ، وليس كجزيئات عطرية. إذا انتقلنا إلى C60 ، فإنه يحتوي على نوعين من الروابط: روابط أقصر (1.39 Å) تعمل على طول الحواف المشتركة للوجوه السداسية المجاورة ، والروابط الأطول (1.45 Å) الموجودة على طول الحواف المشتركة للوجوه الخماسية والسداسية. في الوقت نفسه ، لا تظهر الحلقات المكونة من ستة أعضاء ولا المكونة من خمسة أعضاء خصائص عطرية بالمعنى الذي يتم عرضه به بواسطة البنزين أو غيره من الجزيئات المترافقة المستوية التي تخضع لقاعدة Hückel. لذلك ، عادة ما تعتبر الروابط الأقصر في C 60 مزدوجة ، بينما تعتبر الروابط الأطول مفردة. تتمثل إحدى أهم ميزات الفوليرين في أنها تحتوي على عدد كبير بشكل غير عادي من مراكز التفاعل المكافئة ، مما يؤدي غالبًا إلى تكوين متماثل معقد لمنتجات التفاعل بمشاركتها. ونتيجة لذلك ، فإن معظم التفاعلات الكيميائية مع الفوليرينات ليست انتقائية ، كما أن تركيب المركبات الفردية أمر صعب للغاية.

من بين تفاعلات الحصول على مشتقات الفوليرين غير العضوية ، من أهمها عمليات الهالوجين وإنتاج أبسط مشتقات الهالوجين ، وكذلك تفاعلات الهدرجة. وبالتالي ، كانت هذه التفاعلات من بين أولى التفاعلات التي تم إجراؤها باستخدام الفوليرين C 60 في عام 1991. دعونا نفكر في الأنواع الرئيسية من التفاعلات التي أدت إلى تكوين هذه المركبات.

مباشرة بعد اكتشاف الفوليرين الفائدة الكبيرةتسبب في إمكانية الهدرجة مع تكوين "الفوليران". في البداية ، بدا من الممكن إضافة ستين ذرة هيدروجين إلى الفوليرين. بعد ذلك ، تم توضيح في الأعمال النظرية أنه في جزيء C 60 H 60 ، يجب أن تكون بعض ذرات الهيدروجين داخل كرة الفوليرين ، نظرًا لأن الحلقات المكونة من ستة أعضاء ، مثل جزيئات الهكسان الحلقي ، يجب أن تأخذ مطابقة "الكرسي" أو "الحمام" . لذلك ، تحتوي جزيئات polyhydrofullerene المعروفة حاليًا على من 2 إلى 36 ذرة هيدروجين للفوليرين C 60 ومن 2 إلى 8 بالنسبة للفوليرين C 70.

أثناء عملية فلورة الفوليرين ، تم العثور على مجموعة كاملة من مركبات C 60 F n ، حيث يأخذ n قيمًا متساوية تصل إلى 60. وتسمى مشتقات الفلورين التي تحتوي على n من 50 إلى 60 مادة مشبعة بالفلور وتم العثور عليها ضمن منتجات الفلورة بواسطة التحليل الطيفي الشامل بتركيزات منخفضة للغاية. هناك أيضًا فرط فلوريد ، أي منتجات من التركيبة C 60 F n ، n> 60 ، حيث يتم تدمير قفص الكربون الفوليرين جزئيًا. من المفترض أن يحدث هذا أيضًا في الفلوريدات المشبعة. تعد قضايا تخليق فلوريد الفوليرين من التراكيب المختلفة مشكلة مستقلة أكثر إثارة للاهتمام ، والتي تتم دراسة دراستها بشكل أكثر نشاطًا في كلية الكيمياءجامعة موسكو م. لومونوسوف.

بدأت بالفعل الدراسة النشطة لعمليات الكلورة في ظل ظروف مختلفة في عام 1991. في الأعمال الأولى ، حاول المؤلفون الحصول على كلوريدات C 60 عن طريق تفاعل الكلور والفوليرين في مذيبات مختلفة. حتى الآن ، تم عزل وتمييز العديد من كلوريدات الفوليرين الفردية C 60 و C 70 التي تم الحصول عليها باستخدام عوامل كلورة مختلفة.

تم إجراء المحاولات الأولى لبروم الفوليرين بالفعل في عام 1991. تم وضع الفوليرين C 60 في بروم نقي عند درجة حرارة 20 و 50 درجة مئوية ، مما أدى إلى زيادة الكتلة بقيمة تقابل إضافة 2-4 ذرات بروم لكل جزيء فوليرين. أظهرت دراسات أخرى عن المعالجة بالبروم أن تفاعل C 60 الفوليرين مع البروم الجزيئي لعدة أيام ينتج مادة برتقالية زاهية ، يكون تكوينها ، كما هو محدد بواسطة التحليل الأولي ، C 60 Br 28. بعد ذلك ، تم تصنيع العديد من مشتقات البرومو من الفوليرين ، والتي تختلف في نطاق واسع من القيم لعدد ذرات البروم في الجزيء. يتميز الكثير منها بتكوين الكلاترات مع إدراج جزيئات البروم الحرة.

يرتبط الاهتمام بمشتقات البيرفلوروالكيل ، ولا سيما مشتقات الفوليرين ثلاثية الفلور ، في المقام الأول بالثبات الحركي المتوقع لهذه المركبات مقارنة بمشتقات الهالوجين من الفوليرين المعرضة لتفاعلات الاستعاضة عن النوكليوفيليك S N 2'. بالإضافة إلى ذلك ، قد تكون مركبات الفوليرين المشبعة بالفلورو ألكيل ذات أهمية كمركبات ذات تقارب إلكترون عالٍ بسبب خصائص تقبل مجموعات البيرفلوروالكيل التي تكون أقوى من تلك الموجودة في ذرات الفلور. حتى الآن ، يتجاوز عدد المركبات الفردية المعزولة والمميزة للتكوين C 60/70 (CF 3) n ، n = 2-20 30 ، والعمل المكثف جار لتعديل كرة الفوليرين بواسطة العديد من المجموعات الأخرى المحتوية على الفلور - CF 2 ، C 2 F 5 ، C 3 F 7.

يرتبط إنشاء مشتقات الفوليرين النشطة بيولوجيًا ، والتي يمكن أن تجد تطبيقات في علم الأحياء والطب ، بنقل الخصائص المحبة للماء إلى جزيء الفوليرين. تتمثل إحدى طرق تخليق مشتقات الفوليرين المحبة للماء في إدخال مجموعات الهيدروكسيل وتكوين الفوليرينولات أو الفوليرولات التي تحتوي على ما يصل إلى 26 مجموعة OH ، وربما أيضًا جسور الأكسجين المماثلة لتلك التي لوحظت في حالة الأكاسيد. هذه المركبات قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء ويمكن استخدامها لتخليق مشتقات الفوليرين الجديدة.

بالنسبة لأكاسيد الفوليرين ، فإن المركبين C 60 O و C 70 O موجودان دائمًا في الخلائط الأولية من الفوليرين في المستخلص بكميات صغيرة. على الأرجح ، يوجد الأكسجين في الغرفة أثناء تفريغ القوس الكهربائي ويتأكسد بعض الفوليرين. يتم فصل أكاسيد الفوليرين جيدًا على أعمدة بها مواد ماصة مختلفة ، مما يجعل من الممكن التحكم في نقاء عينات الفوليرين وغياب أو وجود أكاسيد فيها. ومع ذلك ، فإن الاستقرار المنخفض لأكاسيد الفوليرين يعيق دراستها المنهجية.

ما يمكن ملاحظته حول الكيمياء العضوية للفوليرين هو أنه نظرًا لكونه بوليين ينقصه الإلكترون ، فإن الفوليرين C 60 يُظهر ميلًا للتفاعلات الجذرية والنووية والتفاعلات الحلقية. واعدة بشكل خاص من حيث التفعيل الوظيفي لمجال الفوليرين وهي تفاعلات الحمل الحلقية المختلفة. نظرًا لطبيعتها الإلكترونية ، فإن C 60 قادرة على المشاركة في تفاعلات α-cycloaddition ، وأكثر ما يميزها هو الحالات التي تكون فيها n = 1 و 2 و 3 و 4.

تظل المشكلة الرئيسية التي تم حلها من قبل الكيميائيين التخليقيين العاملين في مجال تخليق مشتقات الفوليرين هي انتقائية التفاعلات التي تم إجراؤها حتى يومنا هذا. تتكون ميزات الكيمياء الفراغية للإضافة إلى الفوليرين في عدد كبير من الأيزومرات الممكنة نظريًا. لذلك ، على سبيل المثال ، يحتوي المركب C 60 X 2 على 23 منها ، و C 60 X 4 يحتوي بالفعل على 4368 ، من بينها 8 منتجات إضافة برابطة مزدوجة. ومع ذلك ، فإن الأيزومرات 29 C 60 X 4 لن يكون لها معنى كيميائي ، حيث تحتوي على حالة أرضية ثلاثية تنشأ من وجود ذرة كربون مهجنة sp 2 محاطة بثلاث ذرات مهجنة sp 3 تشكل روابط C-X. سيتم ملاحظة الحد الأقصى لعدد الأيزومرات الممكنة نظريًا دون مراعاة تعدد الحالة الأرضية في حالة C 60 X 30 وسيكون 985538239868524 (1294362 منها عبارة عن منتجات إضافة عند 15 رابطًا مزدوجًا) ، بينما عدد غير - أيزومرات أحادية من نفس الطبيعة كما في المثال أعلاه ، لا تصلح للمحاسبة البسيطة ، ولكن من الاعتبارات العامة يجب أن تزداد باستمرار مع نمو عدد المجموعات التابعة. على أي حال ، فإن عدد الأيزومرات المقبولة نظريًا في معظم الحالات هائل ، في حين أن الانتقال إلى C 70 أقل تماثلًا وأعلى فوليرين ، فإنه يزيد أيضًا عدة مرات أو بأوامر من حيث الحجم.

في الواقع ، تُظهر العديد من البيانات الخاصة بالحسابات الكيميائية الكمومية أن معظم تفاعلات الهالوجين والهدرجة للفوليرين تستمر في التكوين ، إن لم يكن الأيزومرات الأكثر استقرارًا ، فإنها على الأقل تختلف قليلاً عنهم في الطاقة. لوحظت أكبر التناقضات في حالة انخفاض هيدرات الفوليرين ، والتي يمكن أن يعتمد تركيبها الأيزومري ، كما هو موضح أعلاه ، بشكل طفيف على مسار التوليف. ومع ذلك ، فإن استقرار الأيزومرات الناتجة لا يزال قريبًا للغاية. دراسة هذه الأنماط لتشكيل مشتقات الفوليرين هي مهمة مثيرة للاهتمام، يؤدي حلها إلى إنجازات جديدة في مجال كيمياء الفوليرين ومشتقاتها.

يجب أن يحمي الإنسان منزله من المطر والبرد ؛ حديقتك من الآفات. الهواء من غازات العادم الماء من الشوائب من الصناعات الضارة ، أي أن الإنسان الذي يعيش في بيئته يجب أن يحمي بيئته من خلق يديه ومن "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 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. تبخير 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" ، التي أدت إلى إنشاء تقنيات النانو ، وبمساعدتها ، إلى تطوير مواد ومركبات لم يسبق لها مثيل من قبل مخصصة لمختلف مجالات العلوم والتكنولوجيا والطب والصيدلة.

في عام 1996 ، تلقى R. Curl و H. Kroto و R. Smalley مقابل اكتشاف الفوليرينات جائزة نوبلفي مجال الكيمياء. 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 قفزة نوعية من جزء المليون من المتر إلى النانو ... جزء المليار. نحن نفتح آفاقًا للحصول على مواد جديدة باستخدام تقنية النانو ، وبالطبع ظهور الطب النانوي ("النانو" في الترجمة 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.

واحدة من أكثر الخصائص المميزة لهذه المواد هي أنها قادرة على التخلق محاليل مائية. من خلال دمج مادة الفوليرين الأكثر ثباتًا (تسمى C60) في جزيء الماء ، تمكن العلماء من إنشاء بيئة مائية مشابهة جدًا للبيئة في الخلايا السليمة للجسم. 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! وكرة الفوليرين تدوم طويلاً: 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 أن 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. يتم العمل 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 خلية حية 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.

يستمر البحث عن علاج تكوينات الكربون ، على الرغم من أنه لم يتجاوز بعد المختبرات.

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 السوفياتي S. Tsipursky باكتشاف الفوليرين ، قام بتسليم shungite ، الذي أحضره من كاريليا ، إلى مختبر جامعة أريزونا في أمريكا للبحث. تم نشر نتائج هذه الدراسة ، التي أجريت بمشاركة Tsipursky نفسه ، في مقال في مجلة علميةفي عام 1992. وقالت أنه تم العثور بالفعل على كمية صغيرة من الفوليرين في shungite. أصبح إحساسًا تسبب في إجراء 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. اعتاد كبار السن المحليين على القول إن الشونجيت يعالج 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 بطنه". من الواضح أن "قلعة البطن" لم تكن قادرة على الحفاظ عليها من قبل جنود الجيش السويدي ، الذين هزموا في معركة بولتافا: 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 ، تم نشر مقال في مجلة الجمعية الجيولوجية الأمريكية ، والذي أفاد بأن الفحوصات الشاملة لم تؤكد وجود الفوليرينات في الشنجيت. بالإضافة إلى ذلك ، حتى لو كانت موجودة ، فلن يتم إنشاء تأثير الشفاء بواسطة الحجر نفسه ، ولكن بواسطة محلوله المائي.

الإلكترونيات العضوية:

العلماء المعهد التكنولوجينتيجة للبحث ، أنشأ معهد جورجيا للتكنولوجيا مصفوفة من الترانزستورات عالية السرعة ذات التأثير الميداني على أساس C60 الفوليرين.

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.