Fullerenes katika asili. Alotropes inayojulikana ya kaboni

Fullerene C 60

Fullerene C 540

Fullerenes, mpira wa kikapu au mpira wa kikapu- misombo ya molekuli ya darasa la aina ya allotropiki ya kaboni (nyingine ni almasi, carbine na grafiti) na ni polihedra iliyofungwa iliyounganishwa na idadi sawa ya atomi za kaboni tatu. Viunganisho hivi vina jina lao kwa mhandisi na mbuni Richard Buckminster Fuller, ambaye miundo ya geodetic ilijengwa juu ya kanuni hii. Hapo awali, darasa hili la misombo lilipunguzwa kwa miundo iliyo na nyuso za pentagonal na hexagonal tu. Kumbuka kwamba kwa kuwepo kwa polyhedron iliyofungwa iliyojengwa kutoka n vipeo vinavyounda nyuso za pentagonal na hexagonal tu, kulingana na nadharia ya Euler ya polihedra, ambayo inasema uhalali wa usawa. | n | − | e | + | f | = 2 (wapi | n | , | e| na | f| kwa mtiririko huo, idadi ya wima, kingo na nyuso), hali ya lazima ni uwepo wa nyuso 12 za pentagonal na n/ 2 - 10 nyuso za hexagonal. Ikiwa muundo wa molekuli kamili, pamoja na atomi za kaboni, ni pamoja na atomi za vitu vingine vya kemikali, basi ikiwa atomi za vitu vingine vya kemikali ziko ndani ya sura ya kaboni, fullerenes kama hizo huitwa endohedral, ikiwa nje - exohedral.

Historia ya ugunduzi wa fullerenes

Mali ya muundo wa fullerenes

Katika molekuli kamili, atomi za kaboni ziko kwenye vipeo vya hexagoni za kawaida na pentagoni, ambazo hufanya uso wa tufe au ellipsoid. Mwanachama mwenye ulinganifu zaidi na aliyesoma kikamilifu zaidi wa familia ya fullerene ni fullerene (C 60), ambapo atomi za kaboni huunda ikosahedron iliyopunguzwa yenye hexagoni 20 na pentagoni 12 na inafanana na mpira wa soka. Kwa kuwa kila atomi ya kaboni ya C 60 fullerene ni ya wakati huo huo ya hexagoni mbili na pentagoni moja, atomi zote katika C 60 ni sawa, ambayo inathibitishwa na wigo wa sumaku ya nyuklia (NMR) ya isotopu 13 C - ina mstari mmoja tu. Hata hivyo, sio vifungo vyote vya C-C vina urefu sawa. Dhamana ya C=C, ambayo ni upande wa pamoja kwa hexagoni mbili, ni 1.39, na Uunganisho wa S-S, inayojulikana kwa hexagon na pentagoni, ni ndefu na sawa na 1.44 Å. Kwa kuongeza, dhamana ya aina ya kwanza ni mara mbili, na ya pili ni moja, ambayo ni muhimu kwa kemia ya fullerene C60.

Inayofuata ya kawaida ni C 70 fullerene, ambayo inatofautiana na C 60 fullerene kwa kuingiza ukanda wa atomi 10 za kaboni kwenye eneo la Ikweta la C 60, kama matokeo ambayo molekuli ya C 70 imeinuliwa na inafanana na mpira wa raga. umbo.

kinachojulikana fullerenes ya juu zenye idadi kubwa zaidi atomi za kaboni (hadi 400), huundwa kwa idadi ndogo zaidi na mara nyingi huwa na muundo tata wa isomeri. Miongoni mwa fullerenes zilizosomwa zaidi tunaweza kuangazia C n , n=74, 76, 78, 80, 82 na 84.

Mchanganyiko wa Fullerene

Fullerenes za kwanza zilitengwa kutoka kwa mivuke ya grafiti iliyofupishwa iliyopatikana kwa miale ya laser ya sampuli za grafiti ngumu. Kwa kweli, hizi zilikuwa athari za dutu hii. Inayofuata hatua muhimu ilifanywa mwaka wa 1990 na W. Kretschmer, Mwana-Kondoo, D. Huffman na wengine, ambao walitengeneza mbinu ya kuzalisha kiasi cha gram ya fullerenes kwa kuchoma electrodes ya grafiti katika arc ya umeme katika anga ya heliamu kwa shinikizo la chini. . Wakati wa mmomonyoko wa anode, soti iliyo na kiasi fulani cha fullerenes iliwekwa kwenye kuta za chumba. Baadaye, iliwezekana kuchagua vigezo bora vya uvukizi wa elektroni (shinikizo, muundo wa anga, sasa, kipenyo cha elektroni), ambapo mavuno ya juu zaidi ya fullerenes hupatikana, wastani wa 3-12% ya nyenzo ya anode, ambayo. hatimaye huamua gharama kubwa ya fullerenes.

Hapo awali, majaribio yote ya wajaribu kutafuta njia za bei nafuu na zenye tija zaidi za kutengeneza idadi ya gramu ya fullerenes (kuchoma hidrokaboni kwenye moto, usanisi wa kemikali, n.k.) haikuleta mafanikio na njia ya "arc" ilibaki kuwa yenye tija zaidi. muda mrefu (tija kuhusu 1 g/saa) . Baadaye, Mitsubishi iliweza kuanzisha uzalishaji viwandani fullerenes kwa kuchoma hidrokaboni, lakini fullerenes kama hizo zina oksijeni na kwa hivyo njia ya arc bado inasalia kuwa njia pekee inayofaa ya kutoa fullerenes safi.

Utaratibu wa uundaji wa fullerenes katika arc bado haujulikani, kwa kuwa michakato inayotokea katika eneo la mwako wa arc haina msimamo wa thermodynamically, ambayo inachanganya sana uzingatiaji wao wa kinadharia. Iliwezekana tu kubaini bila kukanusha kuwa fullerene imekusanywa kutoka kwa atomi za kaboni (au vipande vya C 2). Kwa uthibitisho, grafiti 13 C iliyosafishwa sana ilitumika kama elektrodi ya anode, elektrodi nyingine ilitengenezwa kwa grafiti ya kawaida ya 12 C Baada ya uchimbaji wa fullerenes, ilionyeshwa na NMR kwamba atomi 12 C na 13 C ziko kwa nasibu juu ya uso. ya fullerene. Hii inaonyesha mgawanyiko wa nyenzo za grafiti katika atomi za kibinafsi au vipande vya kiwango cha atomiki na kuunganishwa kwao kwa molekuli kamili. Hali hii ilitulazimisha kuachana na taswira ya taswira ya uundaji wa fullerenes kama matokeo ya kukunjana kwa tabaka za grafiti za atomiki kwenye nyanja zilizofungwa.

Kuongezeka kwa kasi kwa jumla ya idadi ya mitambo kwa ajili ya kuzalisha fullerenes na kazi ya mara kwa mara ya kuboresha mbinu za utakaso wao imesababisha kupunguza kwa kiasi kikubwa gharama ya C 60 katika kipindi cha miaka 17 iliyopita - kutoka $ 10,000 hadi $ 10-15 kwa gramu, ambayo imewafikisha katika hatua ya matumizi halisi ya viwanda.

Kwa bahati mbaya, licha ya uboreshaji wa njia ya Huffman-Kretschmer (HK), haiwezekani kuongeza mavuno ya fullerenes kwa zaidi ya 10-20% ya jumla ya wingi wa grafiti iliyochomwa. Ikiwa tunazingatia gharama ya juu ya bidhaa ya awali - grafiti, inakuwa wazi kuwa njia hii ina vikwazo vya msingi. Watafiti wengi wanaamini kuwa haitawezekana kupunguza gharama ya fullerenes zinazozalishwa na njia ya crystallization ya kemikali chini ya dola chache kwa gramu. Kwa hiyo, juhudi za idadi ya vikundi vya utafiti zinalenga kutafuta mbinu mbadala za kuzalisha fullerenes. Mafanikio makubwa zaidi katika eneo hili yalipatikana na kampuni ya Mitsubishi, ambayo, kama ilivyotajwa hapo juu, iliweza kuanzisha uzalishaji wa viwandani wa fullerenes kwa kuchoma hidrokaboni kwenye moto. Gharama ya fullerenes vile ni kuhusu $ 5 / gramu (2005), ambayo haikuathiri kwa njia yoyote gharama ya fullerenes ya arc umeme.

Ikumbukwe kwamba gharama kubwa ya fullerenes imedhamiriwa sio tu na mavuno yao ya chini wakati wa kuchoma grafiti, lakini pia kwa ugumu wa kutenganisha, kutakasa na kutenganisha wingi tofauti wa fullerenes kutoka kwa kaboni nyeusi. Njia ya kawaida ni kama ifuatavyo: soti iliyopatikana kwa kuchoma grafiti huchanganywa na toluini au kutengenezea kikaboni (yenye uwezo wa kufuta kwa ufanisi fullerenes), kisha mchanganyiko huchujwa au centrifuged, na suluhisho iliyobaki hutolewa. Baada ya kuondoa kutengenezea, mvua ya giza, laini-fuwele inabaki - mchanganyiko wa fullerenes, kwa kawaida huitwa fullerite. Muundo wa fullerite ni pamoja na maumbo mbalimbali ya fuwele: fuwele ndogo za C 60 na C 70 molekuli na C 60 / C 70 fuwele ni. ufumbuzi imara. Kwa kuongeza, fullerite daima ina kiasi kidogo cha fullerenes ya juu (hadi 3%). Mgawanyiko wa mchanganyiko wa fullerenes katika sehemu za molekuli ya mtu binafsi hufanyika kwa kutumia kromatografia ya kioevu kwenye nguzo na chromatography ya kioevu ya shinikizo la juu (HPLC). Mwisho hutumiwa hasa kwa kuchambua usafi wa fullerenes pekee, kwa kuwa unyeti wa uchambuzi wa njia ya HPLC ni ya juu sana (hadi 0.01%). Hatimaye, hatua ya mwisho ni kuondolewa kwa mabaki ya kutengenezea kutoka kwa sampuli thabiti ya fullerene. Inafanywa kwa kuweka sampuli kwa joto la 150-250 o C chini ya hali ya utupu yenye nguvu (kuhusu 0.1 torr).

Sifa za kimwili na umuhimu wa matumizi ya fullerenes

Fullerites

Mifumo iliyofupishwa inayojumuisha molekuli kamili huitwa fullerites. Mfumo uliosomwa zaidi wa aina hii ni fuwele C 60, chini ya mfumo wa fuwele C 70. Uchunguzi wa fuwele za fullerenes za juu huzuiwa na ugumu wa maandalizi yao. Atomi za kaboni katika molekuli kamili zimeunganishwa na σ- na π-vifungo, ilhali hakuna kifungo cha kemikali (kwa maana ya kawaida ya neno) kati ya molekuli za fullerene katika fuwele. Kwa hiyo, katika mfumo wa kufupishwa, molekuli ya mtu binafsi huhifadhi ubinafsi wao (ambayo ni muhimu wakati wa kuzingatia muundo wa elektroniki wa kioo). Molekuli hushikiliwa kwenye kioo na vikosi vya van der Waals, kwa kiasi kikubwa huamua sifa za jumla za C60 ngumu.

Kwa joto la kawaida, kioo cha C 60 kina kimiani cha ujazo (fcc) kilicho katikati ya uso na kimiani cha 1.415 nm, lakini joto linapopungua, mabadiliko ya awamu ya kwanza hutokea (T cr ≈260 K) na C 60. kioo hubadilisha muundo wake kwa ujazo rahisi (latiti mara kwa mara 1.411 nm) . Katika halijoto T > Tcr, molekuli za C60 huzunguka kwa machafuko kuzunguka kituo chao cha usawa, na inaposhuka hadi halijoto muhimu, shoka mbili za mzunguko hugandishwa. Kufungia kabisa kwa mizunguko hufanyika saa 165 K. Muundo wa kioo C 70 kwa joto juu ya utaratibu wa joto la kawaida ilijifunza kwa undani katika kazi. Kama ifuatavyo kutokana na matokeo ya kazi hii, fuwele wa aina hii kuwa na kimiani (bcc) iliyozingatia mwili na mchanganyiko mdogo wa awamu ya hexagonal.

Sifa za macho zisizo za mstari za fullerenes

Uchambuzi wa muundo wa elektroniki wa fullerenes unaonyesha uwepo wa mifumo ya π-elektroni, ambayo kuna maadili makubwa ya unyeti usio na mstari. Fullerenes kweli hazina mstari sifa za macho. Hata hivyo, kutokana na ulinganifu wa juu wa molekuli ya C 60, kizazi cha harmonic ya pili kinawezekana tu wakati asymmetry inapoingizwa kwenye mfumo (kwa mfano, na uwanja wa nje wa umeme). Kutoka kwa mtazamo wa vitendo, kasi ya juu ya uendeshaji (~ 250 ps), ambayo huamua ukandamizaji wa kizazi cha pili cha harmonic, inavutia. Kwa kuongeza, C 60 fullerenes wana uwezo wa kuzalisha harmonic ya tatu.

Sehemu nyingine inayowezekana ya matumizi ya fullerenes na, kwanza kabisa, C 60 ni vifunga vya macho. Uwezekano wa kutumia nyenzo hii kwa urefu wa 532 nm ulionyeshwa kwa majaribio. Muda mfupi wa majibu hukuruhusu kutumia fullerenes kama vidhibiti vya mionzi ya leza na swichi za Q. Hata hivyo, kwa sababu kadhaa, ni vigumu kwa fullerenes kushindana na vifaa vya jadi hapa. Bei ya juu, ugumu wa kutawanya fullerenes kwenye glasi, uwezo wa kuongeza oksidi haraka hewani, mbali na rekodi ya mgawo wa kuathiriwa usio na mstari, kizingiti cha juu cha kizuizi. mionzi ya macho(haifai kwa ulinzi wa macho) tengeneza matatizo makubwa katika mapambano dhidi ya vifaa vinavyoshindana.

Mechanics ya quantum na fullerene

Imejaa maji (HyFn) (C 60 @(H 2 O)n)

Suluhisho la maji C 60 HyFn

Hydrated fullerene C 60 - C 60 HyFn ni changamano chenye nguvu, haidrofiliki supramolecular inayojumuisha molekuli kamili ya C 60 iliyofungwa kwenye ganda la kwanza la ujazo, ambalo lina molekuli 24 za maji: C 60 @(H 2 O) 24. Ganda la maji hutengenezwa kwa sababu ya mwingiliano wa wafadhili-mpokeaji wa jozi pekee za elektroni za oksijeni za molekuli za maji zilizo na vituo vya kipokeaji elektroni kwenye uso wa fullerene. Wakati huo huo, molekuli za maji zinazoelekezwa karibu na uso wa fullerene zinaunganishwa na mtandao wa tatu-dimensional wa vifungo vya hidrojeni. Ukubwa wa C 60 HyFn inafanana na 1.6-1.8 nm. Hivi sasa, mkusanyiko wa juu wa C60, kwa namna ya C60 HyFn, ambayo imeundwa katika maji ni sawa na 4 mg / ml. Picha ya mmumunyo wa maji wa C 60 HyFn na mkusanyiko wa C 60 wa 0.22 mg/ml upande wa kulia.

Fullerene kama nyenzo ya teknolojia ya semiconductor

Fuwele ya molekuli iliyojaa ni semicondukta yenye pengo la bendi ya ~ 1.5 eV na sifa zake kwa njia nyingi zinafanana na zile za halvledare zingine. Kwa hiyo, idadi ya tafiti zimehusishwa na matumizi ya fullerenes kama nyenzo mpya kwa ajili ya maombi ya jadi katika umeme: diode, transistor, photocell, nk. Hapa, faida yao ikilinganishwa na silicon ya jadi ni muda mfupi wa photoresponse (vitengo ns). Hata hivyo, drawback kubwa ilikuwa athari ya oksijeni kwenye conductivity ya filamu za fullerene na, kwa hiyo, haja ya mipako ya kinga ilitokea. Kwa maana hii, inaahidi zaidi kutumia molekuli ya fullerene kama kifaa cha kujitegemea cha ukubwa wa nano na, hasa, kipengele cha kukuza.

Fullerene kama mpiga picha

Chini ya ushawishi wa inayoonekana (> 2 eV), ultraviolet na mfupi wavelength mionzi, fullerenes polymerize na katika fomu hii si kufutwa katika vimumunyisho kikaboni. Ili kufafanua matumizi ya mpiga picha aliyejaa, tunaweza kutoa mfano wa kupata azimio la submicron (≈20 nm) wakati wa kupachika silicon na boriti ya elektroni kwa kutumia barakoa iliyotengenezwa kwa filamu ya C 60 iliyopolimishwa.

Viongezeo vya Fullerene kwa ukuaji wa filamu za almasi na CVD

Fursa nyingine ya kuvutia matumizi ya vitendo ni matumizi ya viambajengo vya fullerene katika ukuaji wa filamu za almasi kwa kutumia njia ya CVD (Chemical Vapor Deposition). Kuanzishwa kwa fullerenes katika awamu ya gesi ni ufanisi kutoka kwa pointi mbili za mtazamo: kuongeza kiwango cha malezi ya cores ya almasi kwenye substrate na kusambaza vitalu vya ujenzi kutoka kwa awamu ya gesi hadi kwenye substrate. Vitalu vya ujenzi ni vipande vya C2, ambavyo viligeuka kuwa nyenzo zinazofaa kwa ukuaji wa filamu ya almasi. Imeonyeshwa kwa majaribio kwamba kiwango cha ukuaji wa filamu za almasi hufikia 0.6 μm / saa, ambayo ni mara 5 zaidi kuliko bila matumizi ya fullerenes. Kwa ushindani wa kweli kati ya almasi na semiconductors nyingine katika microelectronics, ni muhimu kuendeleza njia ya heteroepitaxy ya filamu za almasi, lakini ukuaji wa filamu za kioo moja kwenye substrates zisizo za almasi bado ni tatizo lisiloweza kutatuliwa. Moja ya njia zinazowezekana Suluhisho la tatizo hili ni kutumia safu ya bafa ya fullerenes kati ya substrate na filamu ya almasi. Sharti la utafiti katika mwelekeo huu ni mshikamano mzuri wa fullerenes kwa nyenzo nyingi. Masharti yaliyo hapo juu yanafaa haswa kuhusiana na utafiti wa kina wa almasi kwa matumizi yao katika kizazi kijacho cha kielektroniki. Utendaji wa juu (kasi iliyojaa ya drift); Kiwango cha juu cha conductivity ya mafuta na upinzani wa kemikali ikilinganishwa na nyenzo nyingine yoyote inayojulikana hufanya almasi kuwa nyenzo ya kuahidi kwa umeme wa kizazi kijacho.

Misombo ya superconducting na C 60

Fuwele za molekuli za fullerenes ni semiconductors, lakini mwanzoni mwa 1991 iligundua kuwa doping imara C60 na kiasi kidogo cha chuma alkali inaongoza kwa malezi ya nyenzo na conductivity metali, ambayo kwa joto la chini inakuwa superconductor. Aloying na C 60 unafanywa kwa kutibu fuwele na mvuke wa chuma kwa joto la digrii mia kadhaa Celsius. Katika kesi hii, muundo wa aina ya X 3 C 60 huundwa (X ni atomi ya chuma ya alkali). Metali ya kwanza iliyounganishwa ilikuwa potasiamu. Mpito wa kiwanja K 3 C 60 kwa hali ya superconducting hutokea kwa joto la 19 K. Hii ni thamani ya rekodi kwa superconductors ya molekuli. Hivi karibuni ilianzishwa kuwa fullerites wengi doped na atomi maonyesho superconductivity. madini ya alkali katika uwiano wa ama X 3 C 60 au XY 2 C 60 (X, Y ni atomi za chuma za alkali). Mmiliki wa rekodi kati ya superconductors za joto la juu (HTSC) za aina hizi zilikuwa RbCs 2 C 60 - Tcr yake = 33 K.

Athari za viambajengo vidogo vya fullerene kaboni nyeusi kwenye vizuia msuguano na sifa za antiwear za PTFE

Ikumbukwe kwamba uwepo wa fullerene C 60 katika mafuta ya madini huanzisha uundaji wa filamu ya fullerene ya kinga yenye unene wa 100 nm kwenye nyuso za counterbodies. Filamu iliyoundwa inalinda dhidi ya uharibifu wa mafuta na oksidi, huongeza maisha ya vitengo vya msuguano katika hali ya dharura kwa mara 3-8, utulivu wa mafuta ya mafuta hadi 400-500ºº na uwezo wa kuzaa wa vitengo vya msuguano kwa mara 2-3, huongeza shinikizo la uendeshaji wa vitengo vya msuguano kwa mara 1.5 -2, hupunguza muda wa kukimbia wa counterbodies.

Maombi mengine ya fullerenes

Maombi mengine ya kuvutia ni pamoja na betri na betri za umeme, ambazo kwa njia moja au nyingine hutumia viongeza vya fullerene. Msingi wa betri hizi ni cathodes za lithiamu zilizo na fullerenes zilizounganishwa. Fullerenes pia inaweza kutumika kama viongezeo vya kutengeneza almasi bandia kwa kutumia njia ya shinikizo la juu. Katika kesi hiyo, mavuno ya almasi huongezeka kwa ≈30%. Fullerenes pia inaweza kutumika katika duka la dawa kuunda dawa mpya. Kwa kuongeza, fullerenes wamepata matumizi kama viungio katika rangi za intumescent (intumescent) zisizozuia moto. Kutokana na kuanzishwa kwa fullerenes, rangi huvimba chini ya ushawishi wa joto wakati wa moto, na kutengeneza safu ya povu-coke yenye kutosha, ambayo huongeza muda wa joto wa miundo iliyolindwa kwa joto muhimu mara kadhaa. Pia, fullerenes na derivatives zao mbalimbali za kemikali hutumiwa pamoja na polima za semiconducting za polyconjugated kwa ajili ya utengenezaji wa seli za jua.

Tabia za kemikali za fullerenes

Fullerenes, licha ya kukosekana kwa atomi za hidrojeni, ambazo zinaweza kubadilishwa kama ilivyo kwa kawaida

Fullerenes zipo kila mahali katika Asili, na haswa ambapo kuna kaboni na nguvu nyingi. Zinapatikana karibu na nyota za kaboni, katika nafasi ya nyota, mahali ambapo umeme hupiga, karibu na volkeno za volkano, na hutengenezwa wakati gesi inapowaka kwenye jiko la gesi ya nyumbani au katika moto wa nyepesi ya kawaida.

Fullerenes pia hupatikana katika maeneo ambayo miamba ya kaboni ya zamani hujilimbikiza. Mahali maalum ni mali ya madini ya Karelian - shungites. Miamba hii, iliyo na hadi 80% ya kaboni safi, ina umri wa miaka bilioni 2. Asili ya asili yao bado haijulikani wazi. Moja ya mawazo ni kuanguka kwa meteorite kubwa ya kaboni.

Fullerenes katika Shungites Stone ni mada iliyojadiliwa sana katika wengi machapisho yaliyochapishwa na kwenye kurasa za tovuti za mtandao. Kuna maoni mengi yanayopingana juu ya suala hili, ambayo inazua maswali mengi kati ya wasomaji na watumiaji wa bidhaa za shungite. Je, shungiti kweli zina aina ya molekuli ya kaboni - fullerenes? Je, "Maji ya Kivita" ya uponyaji yana fullerenes? Je, inawezekana kunywa maji yaliyoingizwa na shungite, na itakuwa na faida gani? Kulingana na uzoefu wetu katika utafiti wa kisayansi katika mali ya shungites mbalimbali, hapa chini tunatoa maoni yetu juu ya haya na maswali mengine yanayoulizwa mara kwa mara.

Hivi sasa, bidhaa zilizotengenezwa kwa kutumia Karelian shungites zimeenea. Hizi ni vichungi mbalimbali vya utakaso wa maji, piramidi, pendants, bidhaa ambazo hulinda kutokana na mionzi ya umeme, pastes na jiwe lililokandamizwa la shungite na aina nyingine nyingi za bidhaa zinazotolewa kama bidhaa za kuzuia, matibabu na afya. Wakati huo huo, kama sheria, in miaka iliyopita mali ya dawa aina mbalimbali Shungites huhusishwa na fullerenes zilizomo.

Mara tu baada ya kugunduliwa kwa fullerenes mnamo 1985, utafutaji unaoendelea yao katika Asili. Fullerenes ziligunduliwa katika Karelian shungite, kama ilivyoripotiwa katika machapisho mbalimbali ya kisayansi. Kwa upande mwingine, tumeanzisha mbinu mbadala za kutenganisha fullerenes kutoka kwa shungite na kuthibitisha uwepo wao. Masomo yalichanganua sampuli zilizochukuliwa katika maeneo tofauti ya Zaonezhye, ambapo miamba ya shungite hutokea. Kabla ya uchambuzi, sampuli za shungite zilivunjwa hadi hali ya kutawanywa.

Hebu tukumbuke kwamba shungites ni latiti ya silicate ya openwork, voids ambayo imejaa kaboni ya shungite, ambayo katika muundo wake ni bidhaa ya kati kati ya kaboni ya amorphous na grafiti. Shungite carbon pia ina misombo ya asili ya kikaboni ya chini na ya juu ya Masi (POHCS) isiyojulikana muundo wa kemikali. Shungites hutofautiana katika muundo wa msingi wa madini (aluminosilicate, siliceous, carbonate) na muundo wa kaboni ya shungite. Shungites imegawanywa katika kaboni ya chini (hadi 5% C), kaboni ya kati (5 - 25% C) na kaboni ya juu (25 - 80%). Baada ya mwako kamili wa shungite, pamoja na silicon, Fe, Ni, Ca, Mg, Zn, Cd, V, Mo, Cu, Ce, As, W na vipengele vingine hupatikana kwenye majivu.

Fullerene katika kaboni ya shungite iko katika mfumo wa mchanganyiko maalum wa wafadhili wa polar na PONVS. Kwa hiyo, uchimbaji wa ufanisi wa fullerenes kutoka kwake na vimumunyisho vya kikaboni, kwa mfano, toluene, ambayo fullerenes ni mumunyifu sana, haitokei, na uchaguzi wa njia hiyo ya uchimbaji mara nyingi husababisha matokeo yanayopingana kuhusu uwepo wa kweli wa fullerenes katika shungites.

Katika suala hili, tumeanzisha njia ya uchimbaji wa ultrasonic wa utawanyiko wa sabuni ya maji ya shungites na uhamisho wa baadaye wa fullerenes kutoka katikati ya polar hadi awamu ya kutengenezea kikaboni. Baada ya hatua kadhaa za uchimbaji, mkusanyiko na utakaso, inawezekana kupata suluhisho katika hexane, UV-vis na IR spectra ambayo ni tabia ya spectra ya C60 safi fullerene. Pia, ishara ya wazi katika wigo wa wingi na m / z = 720 (Mchoro hapa chini) ni uthibitisho usio na uhakika wa kuwepo kwa C60 tu fullerene katika shungites.

252 CF-PD wingi wa wigo wa dondoo ya shungite. Ishara katika 720 amu ni C60 fullerene, na ishara katika 696, 672 ni tabia ions vipande vya C60 fullerene sumu chini ya hali ya ionization plasma desorption.

Hata hivyo, tuligundua kwamba si kila sampuli ya shungite ina fullerenes. Kati ya sampuli zote za shungite zilizotolewa kwetu na Taasisi ya Jiolojia ya Kituo cha Sayansi cha Karelian cha Chuo cha Sayansi cha Urusi (Petrozavodsk, Russia) na kuchaguliwa kutoka maeneo tofauti ya kutokea kwa miamba ya shungite, fullerene C 60 ilipatikana tu katika sampuli moja ya shungite ya kaboni yenye zaidi ya 80% ya kaboni. Zaidi ya hayo, ilikuwa na takriban 0.04 wt. %. Kutokana na hili tunaweza kuhitimisha kwamba si kila sampuli ya shungite ina fullerene, angalau kwa kiasi ambacho kinaweza kugunduliwa na mbinu za kisasa nyeti za uchambuzi wa physicochemical.

Pamoja na hili, inajulikana kuwa shungites inaweza kuwa na kiasi kikubwa cha uchafu, ikiwa ni pamoja na ioni za metali nzito za polyvalent. Na kwa hiyo, maji yaliyoingizwa na shungite yanaweza kuwa na uchafu usiohitajika, wenye sumu.

Lakini kwa nini basi maji ya Martial (Karelian maji ya asili, kupita kwenye miamba iliyo na shungite) ina mali hiyo ya kipekee ya kibiolojia. Hebu tukumbuke kwamba nyuma katika wakati wa Peter I, na kwa mpango wake binafsi, chemchemi ya uponyaji "Maji ya Marcial" iligunduliwa huko Karelia (kwa maelezo zaidi, ona). Kwa muda mrefu, hakuna mtu anayeweza kueleza sababu ya mali maalum ya uponyaji ya chanzo hiki. Ilifikiriwa kuwa maudhui ya chuma yaliyoongezeka katika maji haya ndiyo sababu ya madhara ya kukuza afya. Walakini, kuna vyanzo vingi vya chuma duniani, lakini, kama sheria, athari za matibabu ya kuzichukua ni mdogo sana. Tu baada ya ugunduzi wa fullerene katika miamba ya shungite ambayo chanzo kinapita, dhana ilitokea kwamba fullerene ndiyo sababu kuu, quintessence ya athari ya matibabu ya maji ya Martial.

Hakika, maji yanayopita kwenye tabaka za miamba ya shungite "iliyooshwa" kwa muda mrefu haina tena kiasi kinachoonekana cha uchafu unaodhuru. Maji "yamejaa" na muundo ambao mwamba hutoa. Fullerene iliyomo katika shungite inachangia kuagiza miundo ya maji na kuundwa kwa makundi ya hydrate ya fullerene ndani yake na upatikanaji wa mali ya kipekee ya kibiolojia ya maji ya Marcial. Shungite iliyopigwa na fullerene ni aina ya muundo wa asili kwa maji kupita ndani yake. Wakati huo huo, hakuna mtu ambaye bado ameweza kugundua fullerenes katika maji ya Marcial au katika infusion ya maji ya shungite: ama hawajaoshwa nje ya shungites, au ikiwa wameosha, basi kwa kiasi kidogo kwamba hawawezi kuoshwa. hugunduliwa na njia yoyote inayojulikana. Kwa kuongeza, inajulikana kuwa fullerenes haipatikani kwa maji katika maji. Na ikiwa molekuli za fullerene zilikuwa kwenye maji ya Martial, basi mali zake za manufaa zingehifadhiwa kwa muda mrefu sana. Walakini, inafanya kazi kwa muda mfupi tu. Kama vile "maji kuyeyuka", yaliyojaa nguzo, miundo kama barafu, maji ya Marcial, yenye miundo kama fullerene inayotoa uhai, huhifadhi sifa zake kwa saa chache tu. Wakati wa kuhifadhi maji ya Martial, pamoja na "maji kuyeyuka," aliamuru vikundi vya maji vijiharibu na maji hupata. mali ya muundo, kama maji ya kawaida. Kwa hivyo, hakuna maana katika kumwaga maji kama hayo kwenye vyombo na kuihifadhi kwa muda mrefu. Haina kipengele cha kutengeneza muundo na kusaidia muundo - fullerene C 60 katika hali ya maji, ambayo ina uwezo wa kudumisha makundi ya maji yaliyoagizwa kwa muda mrefu usiojulikana. Kwa maneno mengine, ili maji kuhifadhi miundo yake ya nguzo ya asili kwa muda mrefu, uwepo wa mara kwa mara wa kipengele cha kutengeneza muundo ndani yake ni muhimu. Kwa hili, molekuli ya fullerene ni mojawapo, kama tulivyoshawishika kwa kusoma mali ya kipekee ya hydrated fullerene C 60 kwa miaka mingi.

Yote ilianza mnamo 1995, tulipounda mbinu ya kutengeneza miyeyusho ya molekuli ya colloidal ya fullerenes ya hidrati katika maji. Kisha tukafahamiana na kitabu kinachoelezea juu ya mali isiyo ya kawaida ya maji ya Martial. Tulijaribu kuzaliana asili ya maji ya Martial ndani hali ya maabara. Kwa kusudi hili, maji yaliyotakaswa sana yalitumiwa, ambayo hydrated fullerene C 60 iliongezwa kwa dozi ndogo sana kwa kutumia teknolojia maalum. Baada ya hayo, vipimo mbalimbali vya kibiolojia vilianza kufanywa kwa kiwango cha biomolecules binafsi, seli hai na kiumbe mzima. Matokeo yalikuwa ya kushangaza. Karibu na ugonjwa wowote, tulipata athari chanya tu za kibaolojia za maji na hydrated fullerene C 60, na athari za matumizi yake sio tu sanjari kabisa, lakini hata zilizidi kwa njia nyingi athari ambazo zilielezewa kwa maji ya Martial nyuma katika nyakati za Peter. Mabadiliko mengi ya pathological katika kiumbe hai huenda, na inarudi kwa hali yake ya kawaida, yenye afya. Lakini hii sio dawa inayolengwa au kiwanja cha kemikali cha kigeni, lakini ni mpira tu wa kaboni iliyoyeyushwa katika maji. Zaidi ya hayo, inaonekana kwamba hydrated fullerene C 60 husaidia kurudi kwenye " hali ya kawaida Mabadiliko yoyote hasi katika mwili kutokana na urejesho na matengenezo ya miundo ambayo ilizaa, kama tumbo, katika mchakato wa asili ya maisha.

Kwa hiyo, inaonekana, si kwa bahati kwamba Orlov A.D. katika kitabu chake "Shungite - jiwe maji safi., kulinganisha mali ya shungites na fullerenes, inazungumza juu ya mwisho kama quintessence ya afya.

1. Buseck et al. Fullerenes kutoka Mazingira ya Kijiolojia. Sayansi 10 Julai 1992: 215-217. DOI: 10.1126/sayansi.257.5067.215.
2. N.P. Yushkin. Muundo wa globular supramolecular ya shungite: data kutoka kwa skanning tunneling microscopy. DAN, 1994, juzuu ya 337, na. 800-803.
3. V.A. Reznikov. Yu.S. Polekhovsky. Amorphous shungite carbon ni kati ya asili kwa ajili ya malezi ya fullerenes. Barua kwa ZhTF. 2000. t. 15. uk.94-102.
4. Peter R. Buseck. Fullerenes za kijiolojia: mapitio na uchambuzi. Barua za Sayansi ya Dunia na Sayari.V 203, I 3-4, 15 Novemba 2002, Kurasa 781-792
5. N.N. Rozhkova, G. V. Andrievsky. Mifumo ya colloidal yenye maji kulingana na kaboni ya shungite na uchimbaji wa fullerenes kutoka kwao. Warsha ya 4 ya Kimataifa ya Miaka Miwili nchini Urusi "Fullerenes na Nguzo za Atomiki" IWFAC"99 Oktoba 4 - 8, 1999, St. Petersburg, Russia. Book of Abstracts, p.330.
6. N.N. Rozhkova, G.V. Andrievsky. Fullerenes katika kaboni ya shungite. Sat. kisayansi inafanya kazi kimataifa Kongamano "Fullerenes na miundo-kama fullerene": Juni 5-8, 2000, BSU, Minsk, 2000, ukurasa wa 63-69.
7. N.N. Rozhkova, G.V. Andrievsky. Nanocolloids ya kaboni ya shungite. uchimbaji wa fullerenes na vimumunyisho vyenye maji. Sat. Kisayansi kazi III semina ya kimataifa"Madini na maisha: homologi za biomineral", Juni 6-8, 2000, Syktyvkar, Russia, Geoprint, 2000, pp. 53-55.
8. S.A. Vishnevsky. Maeneo ya uponyaji ya Karelia. Nyumba ya Uchapishaji ya Jimbo la Jamhuri ya Kijamii ya Kisovyeti ya Karelian Autonomous, Petrozavodsk, 1957, 57 p.
9. Fullerenes: Quintessence ya Afya. Sura ya uk. 79-98 katika kitabu: A.D. Orlov. "Shungite ni jiwe la maji safi." Moscow-St Petersburg: "DILYA Publishing House", 2004. - 112 pp.;

Wanafizikia na kemia wamepata matumizi mengi kwa fullerenes: hutumiwa katika awali ya misombo mpya katika optics na katika uzalishaji wa conductors. Kwa muda mrefu, kulikuwa na data isiyoeleweka juu ya mali ya kibaolojia ya fullerenes: wanabiolojia walitangaza kuwa ni sumu, au waligundua mali ya antioxidant ya fullerenes na wakapendekeza kuzitumia katika matibabu ya magonjwa makubwa kama pumu ya bronchial.

Panya za muda mrefu

Mnamo mwaka wa 2012, chapisho lilichapishwa ambalo lilivutia umakini wa wataalamu wa gerontologists - wataalam wanaoshughulikia shida za uzee. Katika kazi hii, Tarek Baati na waandishi-wenza * walionyesha matokeo ya kuvutia - panya waliolisha kusimamishwa kwa fullerenes katika mafuta ya mzeituni waliishi mara mbili zaidi ya kawaida, na, kwa kuongeza, walionyesha upinzani ulioongezeka kwa sababu za sumu (kama vile tetrakloridi ya kaboni). Sumu ya kiwanja hiki ni kutokana na uwezo wake wa kuzalisha aina za oksijeni tendaji (ROS), ambayo ina maana kwamba madhara ya kibaiolojia ya fullerenes yanaweza uwezekano mkubwa kuelezewa na mali zao za antioxidant (uwezo wa "kuzuia" na kuzima ROS).

* - "Biolojia" tayari imezungumza juu ya hili kwa undani: « » . - Mh.

Uunganisho kati ya spishi tendaji za oksijeni na michakato inayotokea wakati wa kuzeeka sasa hauna shaka. Kutoka miaka ya 60 ya karne ya ishirini, wakati nadharia ya bure ya kuzeeka iliundwa, hadi sasa, kiasi cha data kuthibitisha mtazamo huu imekuwa tu kukusanya. Walakini, hadi sasa, hakuna antioxidant moja - sio asili au ya syntetisk - imetoa ongezeko kubwa la muda wa kuishi wa wanyama wa majaribio kama katika majaribio ya Baati na wenzake. Hata antioxidants "iliyolengwa" iliyoundwa mahsusi na timu inayoongozwa na Academician Skulachev - ile inayoitwa "ioni za Skulachev", au misombo ya safu ya SkQ - ilionyesha athari ndogo.

Dutu hizi ni molekuli za lipophilic zilizo na chaji chanya na "mkia" uliowekwa wa antioxidant, ambayo, kwa sababu ya muundo wao, inaweza kujilimbikiza kwenye mitochondria (ni katika seli hizi za seli za yukariyoti ambazo spishi tendaji za oksijeni hutolewa). Hata hivyo, misombo ya mfululizo wa SkQ iliongeza maisha ya panya wa majaribio kwa wastani wa 30%.

Kielelezo cha 2. Kushoto- panya ambaye kuzeeka kwake kunapungua kwa shukrani kwa ulaji wa "ions za Skulachev", kulia- panya kutoka kwa kikundi cha kudhibiti.

Kwa nini fullerenes aligeuka kuwa na ufanisi katika vita dhidi ya kuzeeka?

Baada ya kuuliza swali hili, tulianza kuzingatia uwezekano wa kuwepo kwa utaratibu wa ziada wa hatua ya kibaolojia ya fullerenes - pamoja na antioxidant inayojulikana tayari. Kidokezo kiligunduliwa wakati wa kusoma moja ya misombo ya safu ya SkQ - SkQR1, iliyo na mabaki ya rhodamine. Muunganisho huu ni wa kikundi protonophores- molekuli zinazoweza kuhamisha protoni kutoka kwa nafasi ya intermembrane kupitia utando hadi kwenye tumbo la mitochondrial, hivyo kupunguza uwezo wa transmembrane (Δψ). Kama inavyojulikana, ni uwezo huu, ambao upo kwa sababu ya tofauti ya yaliyomo kwenye protoni kulingana na pande tofauti utando, na kuhakikisha uzalishaji wa nishati katika seli. Hata hivyo, pia ni chanzo cha kizazi cha ROS. Kimsingi, spishi tendaji za oksijeni hapa ni sawa na "taka zenye sumu" kutoka kwa uzalishaji wa nishati. Ingawa zina idadi ya kazi muhimu, ROS ni chanzo cha uharibifu wa DNA, lipids na miundo mingi ya ndani ya seli.

Kielelezo cha 3. Mpango wa muundo wa mitochondria ( kushoto), uhamisho wa protoni na asidi za kikaboni - "viunga laini" ( katikati) - na dinitrophenol - maarufu zaidi ya "uncouplers" ( kulia).

Kuna ushahidi kwamba kupunguzwa kwa uwezo wa transmembrane ya mitochondrial kunaweza kuwa na manufaa kwa seli. Kuipunguza kwa 10% tu husababisha kupungua kwa mara 10 katika uzalishaji wa ROS! Kuna kinachojulikana kama "uncouplers laini" ambayo huongeza conductivity ya protoni ya membrane, na kusababisha "kuunganishwa" kwa kupumua na phosphorylation ya ATP.

Labda "uncoupler" maarufu zaidi ni DNF, au 2,4-dinitrophenol (Mchoro 3). Katika miaka ya 30 ya karne ya ishirini, ilitumika sana katika matibabu ya ugonjwa wa kunona sana. Kweli, dinitrophenol ni "mafuta ya mafuta" ya kwanza kutumika katika dawa rasmi. Chini ya ushawishi wake, seli hubadilika kwa njia mbadala ya metabolic, na kusababisha "kuchoma" kwa mafuta, na nishati iliyopokelewa na seli haihifadhiwa katika ATP, kama kawaida, lakini hutolewa kwa njia ya joto.

Utafutaji wa njia rahisi za kupunguza uzito daima utakuwa muhimu kwa muda mrefu kama wawakilishi Homo sapiens watakuwa na wasiwasi juu ya kuonekana kwao; Hata hivyo, kwa ajili ya utafiti wetu, zaidi ya kuvutia ni ukweli kwamba vile "uncouplers laini" hupunguza uzalishaji wa ROS na, kwa dozi ndogo, inaweza kusaidia kuongeza muda wa maisha.

Swali linatokea: je, fullerenes, pamoja na mali ya antioxidant, pia inaweza kuonyesha mali ya "wabebaji" wa protoni, na hivyo kutenda kwa pande zote mbili mara moja? Baada ya yote, molekuli ya spherical fullerene ni mashimo kutoka ndani, ambayo ina maana kwamba chembe ndogo, kama vile protoni, zinaweza kuingia kwa urahisi ndani yake.

Kuiga katika silika: walichofanya wanafizikia

Ili kujaribu nadharia hii, timu ya Kituo cha Utafiti "Muundo wa Nanoscale wa Mambo" ilifanya hesabu ngumu. Kama katika hadithi na ugunduzi wa fullerene, katika somo letu uundaji wa kompyuta yaliyotangulia majaribio. Mfano wa uwezekano wa kupenya kwa protoni kwenye usambazaji kamili na malipo katika mfumo kama huo ulifanyika kwa msingi wa nadharia ya kazi ya wiani (DFT). Ni zana inayotumika sana ya kukokotoa kemikali ya quantum ambayo inaruhusu sifa za molekuli kuhesabiwa kwa usahihi wa juu.

Katika simulation, protoni moja au zaidi ziliwekwa nje ya fullerene, na kisha usanidi bora zaidi ulihesabiwa - moja ambayo jumla ya nishati ya mfumo itakuwa ndogo. Matokeo ya hesabu yalionyesha: protoni zinaweza kupenya ndani ya fullerene! Ilibainika kuwa hadi protoni sita zinaweza kujilimbikiza ndani ya molekuli ya C 60 kwa wakati mmoja, lakini ile ya saba na inayofuata haitaweza tena kupenya ndani na itaondolewa - ukweli ni kwamba fullerene "imeshtakiwa" na protoni. hupata chaji chanya (na, kama inavyojulikana, chembe zinazochajiwa vile vile repel ).

Kielelezo 4. Usambazaji wa malipo chanya ndani ya mfumo wa "fullerene + protoni". Kutoka kushoto kwenda kulia: protoni mbili, nne au sita ndani ya fullerene. Rangi inaonyesha usambazaji wa malipo: kutoka kwa upande wowote ( nyekundu) kwa chanya dhaifu ( bluu).

Hii hutokea kwa sababu protoni zinazopenya ndani ya "mpira" kamili huvutia mawingu ya elektroni ya atomi za kaboni, ambayo husababisha ugawaji wa malipo katika mfumo wa "protoni + fullerene". Kadiri protoni zinavyopenya ndani, ndivyo chaji chanya kwenye uso wa fullerene inavyoongezeka, wakati protoni, kinyume chake, zinakaribia zaidi na zaidi. maadili ya upande wowote. Mchoro huu unaweza pia kuonekana katika Mchoro 4: wakati idadi ya protoni ndani ya tufe inazidi 4, huwa neutral (rangi ya njano-machungwa), na uso wa fullerene unazidi kuwa bluu.

Hapo awali, mahesabu yalifanywa tu katika mfumo wa "fullerene + protoni" (bila kuzingatia ushawishi wa molekuli zingine). Lakini katika seli, fullerene haipo katika utupu, lakini katika mazingira yenye maji yaliyojaa misombo mingi ya viwango tofauti vya utata. Kwa hivyo, katika hatua inayofuata ya uundaji modeli, wanafizikia waliongeza molekuli 47 za maji zinazozunguka fullerene kwenye mfumo na kuangalia ikiwa uwepo wao utaathiri mwingiliano na protoni. Hata hivyo, hata mbele ya maji, mfano huo ulifanya kazi kwa mafanikio.

Je, wanabiolojia wanathibitisha dhana hiyo?

Habari kwamba fullerenes inaweza adsorb protoni, na hata kupata malipo chanya, aliongoza wanabiolojia. Inaonekana kwamba molekuli hizi za kipekee hutenda kwa njia kadhaa mara moja: huzima spishi tendaji za oksijeni (haswa, radicals ya hidroksili, zikiwaunganisha kwa vifungo vingi viwili), mkusanyiko unaolengwa katika mitochondria kwa sababu ya mali zao za lipophilic na kupatikana. malipo chanya, na, juu ya hayo, kupunguza uwezo wa transmembrane kwa kuhamisha protoni kwenye mitochondria, kama vile "viunganishi laini" vingine vya kupumua na fosforasi ya oksidi.

Ili kujifunza mali ya antioxidant ya fullerenes, tulitumia mfumo wa vipimo vya haraka kulingana na bioluminescent biosensors ya bakteria. Biosensors ndani kwa kesi hii- bakteria zilizobadilishwa vinasaba zenye uwezo wa kugundua ongezeko la kizazi cha ROS cha ndani ya seli na "kuashiria" hii kwa watafiti. Wakati wa kuunda biosensors kwenye genome ya moja ya aina zisizo na madhara za Escherichia coli. Escherichia coli ujenzi wa bandia huletwa, unaojumuisha jeni za mwangaza (mwangaza) zilizowekwa chini ya udhibiti wa maalum. mapromota- vipengele vya udhibiti ambavyo "huwasha" wakati kizazi cha intracellular cha spishi tendaji za oksijeni huongezeka, au chini ya ushawishi wa mambo mengine ya mkazo - kwa mfano, wakati DNA imeharibiwa. Mara tu sababu hiyo ya mkazo inapoanza kutenda kwenye kiini, bakteria huanza kuangaza, na kwa kiwango cha mwanga huu, kiwango cha uharibifu kinaweza kuamua kwa usahihi wa kutosha.

Kielelezo cha 5. Bakteria inayowaka kwenye sahani ya Petri ( kushoto) na kanuni ya uendeshaji wa biosensors ( kulia).

Aina kama hizo zilizobadilishwa zinatengenezwa katika Taasisi ya Utafiti ya Jimbo la Jenetiki na hutumiwa sana katika toxicology ya maumbile katika kusoma mifumo ya hatua ya mionzi na mkazo wa oksidi, hatua ya antioxidants (haswa, SkQ1), na pia kutafuta mpya. kuahidi antioxidants kati ya vitu vilivyotengenezwa na wanakemia.

Kwa upande wetu, matumizi ya mfano wa bakteria ni kwa sababu ya yafuatayo: bakteria, kama inavyojulikana, ni ya prokaryotes, na seli zao ni rahisi kuliko zile za eukaryotic. Michakato inayotokea kwenye utando wa mitochondrial ya yukariyoti hugunduliwa moja kwa moja kwenye prokariyoti. utando wa seli; kwa maana hii, bakteria ni "mitochondria yao wenyewe." (Kufanana kwa kushangaza kwa muundo wa organelles hizi na bakteria hata kutumika wakati mmoja kama msingi wa kinachojulikana kama nadharia ya asili ya symbiotic eukaryotes.) Kwa hivyo, mfano kama huo unafaa kabisa kwa kusoma michakato inayotokea kwenye mitochondria.

Matokeo ya kwanza yalionyesha kuwa kusimamishwa kwa maji kwa C60 fullerene, kutibiwa kwa ultrasound kwa kufutwa kwa ufanisi zaidi, wakati kuongezwa kwa utamaduni wa biosensors, iliongeza upinzani wao kwa uharibifu wa DNA na aina tendaji za oksijeni. Kiwango cha uharibifu kama huo katika jaribio kilikuwa chini ya 50-60% kuliko katika udhibiti.

Kwa kuongeza, kupungua kwa kiwango cha uzalishaji wa hiari wa superoxide anion radical katika seli za aina ya SoxS-lux ilirekodi wakati kusimamishwa kwa C60 kuliongezwa. Upekee wa aina hii haswa ni uhusiano kati ya kiwango cha mwangaza wake na kiasi cha anion ya superoxide. Hii ndio athari ambayo inapaswa kutarajiwa kutoka kwa kiwanja ambacho hufanya kazi kwa kanuni ya "uncouplers laini" - ikiwa uwezo wa transmembrane utapungua, basi ROS (haswa, superoxide) itatolewa kwa idadi ndogo.

Matokeo yaliyopatikana, bila shaka, ni ya awali sana, na kazi bado inaendelea, ndiyo sababu katika manukuu sehemu hii na kuna alama ya kuuliza. Muda utatuambia ikiwa hatimaye tunaweza kuibadilisha kwa mshangao wa kujiamini. Jambo moja ni wazi - katika siku za usoni, fullerenes itakuwa mwelekeo wa umakini wa timu za kisayansi kusoma shida za kuzeeka na kutafuta. geroprotectors- vitu vinavyopunguza kasi ya kuzeeka. Na ni nani ajuaye ikiwa “mipira” hiyo midogo-midogo itakuwa tumaini la kurefusha maisha mafupi hivyo ya kibinadamu?

Kazi hiyo ilifanyika katika maabara ya mutagenesis ya majaribio na maabara ya vijidudu vya viwandani vya Taasisi ya Utafiti ya Biolojia ya Chuo Kikuu cha Shirikisho la Kusini, na pia katika Kituo cha Utafiti cha "Nanoscale Structure of Matter", Chuo Kikuu cha Shirikisho la Kusini, chini ya mwongozo. ya Prof. A.V. Soldatova. Matokeo kuu ya kuiga mfumo wa "fullerene + protoni" na athari za kibaolojia zimeelezewa, mtawaliwa, katika kazi:

Chistyakov V.A., Smirnova Yu.O., Prazdnova E.V., Soldatov A.V. (2013). Mbinu Zinazowezekana za Kitendo cha Antioxidant cha Fullerene C60. Biomed. Res. Int. 2013, 821498 na
Prazdnova E.V., Chistyakov V.A., Smirnova Yu.O., Soldatov A.V., Alperovich I.G. (2013). Mbinu Zinazowezekana za Kitendo cha Antioxidant cha Fullerene C60. Katika: Warsha ya II ya Kijerumani-Kirusi "Nanodesign: Fizikia, Kemia na Modeling ya Kompyuta". Rostov-on-Don, 2013, 23.

Fasihi

Sokolov V. I., Stankevich I. V. (1993). Fullerenes - aina mpya za allotropic za kaboni: muundo, muundo wa elektroniki Na Tabia za kemikali. Kemia ya Uspekhi 62b, 455;
Buseck P. R., Tsipursky S. J., Hettich R. (1992). Fullerenes kutoka Mazingira ya Kijiolojia. Sayansi 257, 215–217; ;
Jicho la Sayari: "Fullerene iligunduliwa angani kwa mara ya kwanza";
Andrievsky G.V., Klochkov V.K., Derevyanchenko L.I. Je, molekuli ya C60 fullerene ni sumu? Au kwa swali: "Ni aina gani ya nuru itatolewa kwa fullerene nanoteknolojia - Nyekundu au kijani?" . Jarida la elektroniki "Dawa Yote kwenye Mtandao!";
Shirinkin S.V., Churnosov M.I., Andrievsky G.V., Vasilchenko L.V. (2009). Matarajio ya matumizi ya fullerenes kama antioxidants katika tiba ya pathogenetic ya pumu ya bronchial. Dawa ya kliniki № 5 (2009), 56–58 ;
Baati T., Bourasset F., Gharb N., et al. (2012) Biokemia (Moscow) 73, 1329-1342; ; na wengine. (2009). Upekee wa athari za antioxidant na radioprotective ya hydrated C 60 fullerene nanostructures katika vitro na katika vivo. Bure Radic. Bioli. Med. 47, 786–793; ;
Xiao Y., Wiesner M.R. (2012). Tabia ya hydrophobicity ya uso wa nanoparticles zilizoundwa. J. Hatari. Mat. 215, 146–151; ;
Zavilgelsky G.B., Kotova V.Y., Manukhov I.V. (2007). Hatua ya 1,1-dimethylhydrazine kwenye seli za bakteria imedhamiriwa na peroxide ya hidrojeni. Mutat. Res. 634, 172–176; ;
Prazdnova E.V., Sevryukov A.V., Novikova E.V. (2011). Utambuzi wa mafuta yasiyosafishwa kwa kutumia biosensors za bakteria za Lux. Habari za vyuo vikuu. Kanda ya Kaskazini ya Caucasus. Sayansi Asilia № 4 (2011), 80–83; ;
Prazdnova E.V., Chistyakov V.A., Sazykina M.A., Sazykin I.S., Khatab Z.S. (2012). Peroxide ya hidrojeni na genotoxicity ya mionzi ya ultraviolet yenye urefu wa 300-400 nm. Habari za vyuo vikuu. Kanda ya Kaskazini ya Caucasus. Sayansi ya Asili Nambari 1 (2012), 85-87; ;
Chistyakov V.A., Prazdnova E.V., Gutnikova L.V., Sazykina M.A., Sazykin I.S. (2012). Shughuli ya uondoaji wa superoxide ya derivative ya plastoquinone - 10-(6'-plastoquinonyl)decyltriphenylphosphonium (SkQ1). Biokemia 77, 932-935; ;
Oludina Yu.N na wenzake (2013). Mchanganyiko wa phenoli zilizozuiliwa na utafiti wa uwezo wao wa kulinda DNA ya bakteria kutokana na uharibifu na Jarida la ultraviolet B. Chemical-Pharmaceutical (katika vyombo vya habari);
Kulaev I.S. (1998). Asili ya seli za eukaryotic. Soros Educational Journal No. 5 (1998), 17-22. .

Ugunduzi wa fullerenes - aina mpya ya kuwepo kwa moja ya vipengele vya kawaida duniani - kaboni, inatambuliwa kama moja ya kushangaza zaidi na. uvumbuzi muhimu zaidi katika sayansi ya karne ya 20. Licha ya uwezo wa kipekee unaojulikana kwa muda mrefu wa atomi za kaboni kushikamana katika muundo tata, mara nyingi wenye matawi na voluminous, ambayo ni msingi wa yote. kemia ya kikaboni, uwezekano halisi wa kutengeneza molekuli za mfumo thabiti kutoka kwa kaboni moja tu ulikuwa bado haujatarajiwa. Uthibitisho wa majaribio Ukweli kwamba molekuli za aina hii, zinazojumuisha atomi 60 au zaidi, zinaweza kutokea wakati wa michakato ya asili katika asili ilitokea mwaka wa 1985. Na muda mrefu kabla ya hapo, waandishi wengine walidhani utulivu wa molekuli na nyanja ya kaboni iliyofungwa. Walakini, mawazo haya yalikuwa ya kubahatisha tu, tu asili ya kinadharia. Ilikuwa ngumu sana kufikiria kuwa misombo kama hiyo inaweza kupatikana kupitia usanisi wa kemikali. Kwa hivyo, kazi hizi hazikuzingatiwa, na umakini ulilipwa kwao tu kwa kurudi nyuma, baada ya ugunduzi wa majaribio wa fullerenes. Hatua mpya ilianza mnamo 1990, wakati njia ya kupata misombo mpya kwa idadi ya gramu ilipatikana, na njia ya kutenganisha fullerenes katika fomu safi. Mara tu baada ya hii, muundo muhimu zaidi na sifa za kimwili na kemikali fullerene C 60 - kiwanja kilichoundwa kwa urahisi zaidi kati ya fullerenes inayojulikana. Kwa ugunduzi wao - ugunduzi wa vikundi vya kaboni vya utunzi C 60 na C 70 - R. Curl, R. Smalley na G. Kroto walitunukiwa Tuzo ya Nobel ya Kemia mnamo 1996. Pia walipendekeza muundo wa fullerene C 60, unaojulikana kwa mashabiki wote wa soka.

Kama unavyojua, ganda la mpira wa miguu limeundwa na pentagoni 12 na hexagons 20. Kinadharia, mipangilio 12,500 inayowezekana ya vifungo viwili na moja inawezekana. Isoma imara zaidi (iliyoonyeshwa kwenye takwimu) ina muundo wa icosahedral uliopunguzwa na hakuna vifungo viwili katika pentagoni. Isoma hii ya C 60 iliitwa "Buckminsterfullerene" kwa heshima ya mbunifu maarufu aitwaye R. Buckminster Fuller, ambaye aliunda miundo ambayo sura ya domed ilijengwa kutoka kwa pentagons na hexagons. Muundo sawa na mpira wa raga (wenye umbo la kurefushwa) ulipendekezwa hivi karibuni kwa C 70.

Katika mfumo wa kaboni, atomi za C zina sifa ya mseto wa sp 2, na kila atomi ya kaboni ikiunganishwa kwa atomi tatu za jirani. Valency 4 hupatikana kupitia vifungo vya p kati ya kila atomi ya kaboni na jirani yake. Kwa kawaida, inadhaniwa kuwa vifungo vya p vinaweza kutengwa, kama katika misombo ya kunukia. Miundo kama hiyo inaweza kujengwa na n≥20 kwa nguzo yoyote hata. Zinapaswa kuwa na pentagoni 12 na (n-20)/2 hexagoni. Kiwango cha chini kabisa cha fullerenes C 20 kinachowezekana kinadharia sio kitu zaidi ya dodecahedron - moja ya tano. polihedra ya kawaida, ambayo ina nyuso 12 za pentagonal na haina nyuso za hexagonal hata kidogo. Molekuli ya umbo hili inaweza kuwa na muundo uliosisitizwa sana, na kwa hiyo kuwepo kwake ni mbaya sana.

Kwa hivyo, kutoka kwa mtazamo wa utulivu, fullerenes inaweza kugawanywa katika aina mbili. Mpaka kati yao unaweza kuchorwa na kinachojulikana Sheria ya Pentagon Iliyotengwa (IPR). Sheria hii inasema kwamba fullerenes imara zaidi ni wale ambao hakuna jozi ya pentagoni ina kingo za karibu. Kwa maneno mengine, pentagoni hazigusani kila mmoja, na kila pentagoni imezungukwa na hexagons tano. Ikiwa tunapanga fullerenes ili kuongeza idadi ya atomi za kaboni n, basi Buckminsterfullerene - C 60 ndiye mwakilishi wa kwanza anayekidhi sheria ya pentagoni zilizotengwa, na C 70 ni ya pili. Miongoni mwa molekuli za fullerene na n> 70 daima kuna isomeri inayotii IPR, na idadi ya isoma kama hizo huongezeka kwa kasi na idadi ya atomi. isoma 5 zilipatikana kwa C 78, 24 kwa C 84 na 40 kwa C 90. Isoma ambazo zina pentagoni zilizo karibu katika muundo wao hazina utulivu sana.

Kemia ya fullerenes

Hivi sasa, sehemu kuu ya utafiti wa kisayansi inahusiana na kemia ya fullerenes. Zaidi ya misombo mipya elfu 3 tayari imeunganishwa kulingana na fullerenes. Maendeleo hayo ya haraka ya kemia kamili yanahusishwa na vipengele vya kimuundo vya molekuli hii na uwepo idadi kubwa vifungo viwili vilivyounganishwa kwenye tufe la kaboni iliyofungwa. Mchanganyiko wa fullerene na wawakilishi wa madarasa mengi ya dutu inayojulikana imefungua uwezekano kwa wanakemia ya synthetic kupata derivatives nyingi za kiwanja hiki.

Tofauti na benzini, ambapo urefu wa vifungo vya C-C ni sawa, katika vifungo kamili vya herufi "mbili" zaidi na "moja" zaidi vinaweza kutofautishwa, na wanakemia mara nyingi huchukulia fullerenes kama mifumo ya polyene isiyo na elektroni, na sio kama molekuli za kunukia. . Ikiwa tunageuka kwenye C60, basi ina aina mbili za vifungo: vifungo vifupi (1.39 Å) vinavyoendesha kando ya kawaida ya nyuso za hexagonal zilizo karibu, na vifungo vya muda mrefu (1.45 Å) vilivyo kwenye kingo za kawaida za nyuso za pentagonal na hexagonal. Wakati huo huo, si pete zenye washiriki sita, wala, hasa, zenye wanachama watano zinaonyesha sifa za kunukia kwa maana ambayo benzini au molekuli nyingine zilizounganika za sayari zinazotii sheria ya Hückel huzionyesha. Kwa hiyo, vifungo vifupi katika C 60 kawaida huzingatiwa mara mbili, wakati vifungo vya muda mrefu vinachukuliwa kuwa moja. Moja ya vipengele muhimu zaidi vya fullerenes ni kuwepo kwa idadi kubwa isiyo ya kawaida ya vituo vya majibu sawa, ambayo mara nyingi husababisha utungaji tata wa isomeri wa bidhaa za athari zinazowahusisha. Matokeo yake, athari nyingi za kemikali na fullerenes hazichagui, na awali ya misombo ya mtu binafsi inaweza kuwa vigumu sana.

Miongoni mwa athari za utengenezaji wa derivatives ya isokaboni kamili, muhimu zaidi ni michakato ya halojeni na utayarishaji wa derivatives rahisi zaidi za halojeni, pamoja na athari za hidrojeni. Kwa hiyo, athari hizi zilikuwa kati ya kwanza zilizofanywa na fullerene C 60 mwaka wa 1991. Hebu tuchunguze aina kuu za athari zinazosababisha kuundwa kwa misombo hii.

Mara baada ya ugunduzi wa fullerenes maslahi makubwa iliinua uwezekano wa hidrojeni yao na malezi ya "fullerans". Hapo awali, ilionekana kuwa inawezekana kuongeza atomi sitini za hidrojeni kwenye fullerene. Baadaye, katika kazi za kinadharia ilionyeshwa kuwa katika molekuli ya C 60 H 60, sehemu ya atomi za hidrojeni inapaswa kuwa ndani ya nyanja ya fullerene, kwa kuwa pete za wanachama sita, kama molekuli za cyclohexane, zinapaswa kuchukua "kiti" au "bafuni" conformation. Kwa hiyo, molekuli za polyhydrofullerene zinazojulikana kwa sasa zina kutoka atomi 2 hadi 36 za hidrojeni kwa C 60 fullerene na kutoka 2 hadi 8 kwa C 70 fullerene.

Wakati wa fluorination ya fullerenes, seti kamili ya misombo C 60 F n iligunduliwa, ambapo n inachukua hata maadili hadi 60. Derivatives ya fluorinated na n kutoka 50 hadi 60 huitwa perfluorides na ilipatikana kati ya bidhaa za fluorination na spectroscopy ya molekuli. katika viwango vya chini sana. Pia kuna hyperfluorides, yaani, bidhaa za muundo C 60 F n, n> 60, ambapo sura ya kaboni ya fullerene imeharibiwa kwa sehemu. Inachukuliwa kuwa kitu kama hicho hutokea katika perfluorides. Mchanganyiko wa fluoride ya fullerene ya nyimbo mbalimbali ni tatizo la kujitegemea na la kuvutia, utafiti ambao unafanywa kikamilifu katika Kitivo cha Kemia Chuo Kikuu cha Jimbo la Moscow kilichoitwa baada M.V. Lomonosov.

Utafiti wa vitendo wa michakato ya klorini ya fullerenes chini ya hali tofauti ulianza mnamo 1991. Katika kazi za kwanza, waandishi walijaribu kupata kloridi C60 kwa kukabiliana na klorini na fullerene katika vimumunyisho mbalimbali. Hadi sasa, kloridi kadhaa za kibinafsi za fullerenes C 60 na C 70, zilizopatikana kwa kutumia mawakala mbalimbali ya klorini, zimetengwa na sifa.

Majaribio ya kwanza ya brominate fullerene yalifanywa tayari mnamo 1991. Fullerene C60, iliyowekwa kwenye bromini safi kwa joto la 20 na 50 O C, iliongeza wingi wake kwa kiasi kinacholingana na kuongeza ya atomi 2-4 za bromini kwa molekuli kamili. Uchunguzi zaidi wa bromination ulionyesha kuwa mwingiliano wa fullerene C 60 na bromini ya molekuli kwa siku kadhaa hutoa dutu ya rangi ya machungwa, muundo ambao uliamuliwa na uchambuzi wa kimsingi kuwa C 60 Br 28. Baadaye, derivatives kadhaa za bromini za fullerenes ziliundwa, zikitofautiana katika anuwai ya maadili kwa idadi ya atomi za bromini kwenye molekuli. Wengi wao ni sifa ya kuundwa kwa clathrates na kuingizwa kwa molekuli ya bure ya bromini.

Kuvutiwa na derivatives ya perfluoroalkyl, haswa derivatives ya trifluoromethylated ya fullerenes, inahusishwa, kwanza kabisa, na uthabiti wa kinetic unaotarajiwa wa misombo hii kwa kulinganisha na derivatives ya halojeni ya fullerenes ambayo huathiriwa na athari za ubadilishaji wa nucleophilic S N 2'. Kwa kuongezea, perfluoroalkylfullerenes inaweza kuwa ya kupendeza kama misombo yenye mshikamano wa juu wa elektroni, kwa sababu ya sifa za kukubalika za vikundi vya perfluoroalkyl ambavyo vina nguvu zaidi kuliko zile za atomi za florini. Hadi sasa, idadi ya misombo ya pekee na yenye sifa ya mtu binafsi ya muundo C 60/70 (CF 3) n, n = 2-20 inazidi 30, na kazi kubwa inaendelea kurekebisha nyanja ya fullerene na vikundi vingine vingi vilivyo na fluorine - CF 2, C 2 F 5, C 3 F 7 .

Uundaji wa viasili vya fullerene amilifu kibiolojia, ambavyo vinaweza kutumika katika biolojia na dawa, vinahusishwa na kutoa sifa za haidrofili kwa molekuli kamili. Njia moja ya awali ya derivatives ya hydrophilic fullerene ni kuanzishwa kwa vikundi vya hidroksili na uundaji wa fullerenols au fullerols zilizo na vikundi vya OH 26, pamoja na, pengine, madaraja ya oksijeni sawa na yale yaliyozingatiwa katika kesi ya oksidi. Michanganyiko kama hiyo huyeyuka sana katika maji na inaweza kutumika kwa usanisi wa viingilio vipya vya fullerene.

Kuhusu oksidi za fullerene, misombo C 60 O na C 70 O daima iko katika mchanganyiko wa awali wa fullerenes katika dondoo kwa kiasi kidogo. Pengine, oksijeni iko kwenye chumba wakati wa kutokwa kwa arc ya umeme na baadhi ya fullerenes ni oxidized. Oksidi za Fullerene zimetenganishwa vizuri kwenye nguzo na adsorbents mbalimbali, ambayo inafanya uwezekano wa kudhibiti usafi wa sampuli za fullerene na kutokuwepo au kuwepo kwa oksidi ndani yao. Hata hivyo, utulivu wa chini wa oksidi za fullerene huzuia utafiti wao wa utaratibu.

Kinachoweza kuzingatiwa kuhusu kemia ya kikaboni ya fullerenes ni kwamba, kwa kuwa polyene isiyo na elektroni, fullerene C60 inaonyesha tabia ya kupata athari kali, nucleophilic na cycloaddition. Athari mbalimbali za cycloaddition zinaahidi hasa katika suala la utendakazi wa nyanja kamili. Kwa sababu ya asili yake ya kielektroniki, C60 ina uwezo wa kushiriki katika athari za -cycloaddition, huku kesi za kawaida zikiwa n=1, 2, 3 na 4.

Shida kuu iliyotatuliwa na wanakemia ya syntetisk wanaofanya kazi katika uwanja wa usanisi wa derivatives kamili hadi leo bado ni uteuzi wa athari zinazofanywa. Upekee wa stereochemistry ya kuongeza kwa fullerenes inajumuisha idadi kubwa ya isoma zinazowezekana kinadharia. Kwa hiyo, kwa mfano, kiwanja C 60 X 2 kina 23 kati yao, wakati C 60 X 4 tayari ina 4368, kati ya ambayo 8 ni bidhaa za kuongeza katika vifungo viwili viwili. Isoma 29 za C 60 X 4, hata hivyo, hazitakuwa na maana ya kemikali, zikiwa na hali ya ardhi yenye sehemu tatu kutokana na kuwepo kwa atomi ya kaboni iliyochanganywa ya sp2 iliyozungukwa na atomi tatu za sp 3 -mseto zinazounda vifungo vya C-X. Idadi ya juu ya isoma zinazowezekana kinadharia bila kuzingatia wingi wa hali ya chini itazingatiwa katika kesi ya C 60 X 30 na itakuwa 985538239868524 (1294362 kati yao ni bidhaa za kuongezwa kwa vifungo 15), wakati idadi ya isoma zisizo za moja za asili sawa na katika mfano hapo juu haziwezi kuhesabiwa kwa urahisi, lakini kutokana na masuala ya jumla inapaswa kuongezeka mara kwa mara na ongezeko la idadi ya vikundi vilivyounganishwa. Kwa hali yoyote, idadi ya isoma zinazoruhusiwa kinadharia katika hali nyingi ni kubwa, lakini wakati wa kuhamia kwa C 70 isiyo na ulinganifu na fullerenes ya juu, inaongezeka kwa mara kadhaa au maagizo ya ukubwa.

Kwa kweli, data nyingi kutoka kwa hesabu za kemikali za quantum zinaonyesha kwamba athari nyingi za halojeni na hidrojeni za fullerenes huendelea na malezi, ikiwa sio isoma imara zaidi, basi angalau tofauti kidogo katika nishati. Tofauti kubwa zaidi huzingatiwa katika kesi ya hidridi ya chini ya fullerene, muundo wa isomeric ambao, kama inavyoonyeshwa hapo juu, unaweza hata kutegemea kidogo njia ya awali. Lakini utulivu wa isoma zinazosababisha bado zinageuka kuwa karibu sana. Utafiti wa mifumo hii ya malezi ya derivatives kamili ni kazi ya kuvutia zaidi, suluhisho ambalo husababisha mafanikio mapya katika uwanja wa kemia ya fullerenes na derivatives yao.

Mtu lazima alinde nyumba yake kutokana na mvua na baridi; bustani yako kutoka kwa wadudu; hewa kutoka kwa gesi za kutolea nje; maji kutoka kwa uchafu unaotoka kwa viwanda vyenye madhara, yaani, mtu, anayeishi katika mazingira yake, lazima alinde makazi yake kutokana na uumbaji wa mikono yake, kutoka kwa "mwenyewe."

Nani ataokoa mtu? Uzuri?

Kulingana na wanasayansi, kuna aina fulani ambayo inaweza kufanya maisha yetu iwe rahisi.

Huu ndio uzuri wa molekuli za kaboni za polyatomic zinazoitwa "fullerenes".

Fullerenes ni molekuli zisizo za kawaida zinazofanana na mpira wa miguu kwa umbo. Kama mpira, ni mashimo ndani na hata walitaka kuwaita "mpira," lakini haiwezekani kucheza mpira wa miguu na fullerene, kwani saizi yake ni nanometer 1, ambayo ni, bilioni moja ya mita.

Fullerenes ni ya nne, ambayo haijulikani hapo awali, marekebisho ya kaboni (tatu za kwanza ni grafiti, almasi, kaboni). Iligunduliwa mnamo 1985, kwa bahati mbaya. Mwanakemia Mwingereza na mwanaastrofizikia Harold Kroto, alipokuwa akisoma vumbi la nyota, alipendezwa na chembe za kaboni zilizopo hapo. Akiwa na ugumu wa kuzichambua, aligeukia msaada kwa wenzake wa Kimarekani Robert Curl na Richard Smalley, ambao walikuwa wakifanya kazi ya uvukizi wa vitu kwa kutumia laser. Wote watatu waliingia kwenye biashara kwa shauku. Grafiti inayoyeyuka ili kupata chembe zinazohitajika, walishangaa kupata molekuli za kaboni zisizojulikana kwenye mabaki, sawa na mpira wa soka. Kwa Harold Kroto, mwanzilishi wa hadithi hii, shell ya molekuli mpya ilikumbusha kazi maarufu ya mbunifu wa Marekani R.B. Fuller - jumba la geodesic la banda la Marekani kwenye maonyesho ya dunia ya EXPO-67. Kroteau alipendekeza kutaja chembe hizo mpya kwa heshima ya Fuller. Hivi ndivyo neno "fullerenes" lilivyoonekana.

Watafiti mara moja walituma ujumbe kuhusu ugunduzi wao kwa jarida la Nature.

Ugunduzi wa molekuli mpya umezua shauku ya ajabu katika utafiti wao zaidi. "Boom kamili" ilizuka, ambayo ilisababisha kuundwa kwa nanoteknolojia, na kwa msaada wao, kwa maendeleo ya vifaa visivyoonekana hapo awali na misombo iliyokusudiwa kwa nyanja mbalimbali za sayansi, teknolojia, dawa na pharmacology.

Mnamo 1996, R. Curl, H. Croto, R. Smalley alipokea Tuzo la Nobel katika uwanja wa kemia. Fullerenes wamefanya mapinduzi ya kweli! Na, ingawa hadi sasa matokeo yake yanaonekana tu katika sayansi na teknolojia, mapinduzi ya dawa hayako mbali.

Mapinduzi yana mrukaji wa ubora kutoka kwa micro..., sehemu ya milioni ya mita, hadi nano..., sehemu yake ya bilioni. Matarajio ya kupata dutu mpya kwa kutumia nanoteknolojia na, bila shaka, kuibuka kwa nanomedicine ("nano" katika tafsiri ina maana "kibeti") yanafunguka mbele yetu. Huenda bado huoni neno "nanomedicine" katika kamusi, lakini tasnia hii tayari imetangaza haki yake ya kuwepo.

Ndogo lakini sahihi:

Hebu tuchunguze mali ya fullerenes kutoka kwa mtazamo wa matumizi katika dawa.

Moja ya mali ya ajabu ya vitu hivi ni kwamba wana uwezo wa kuunda ufumbuzi wa maji. Kwa kuingiza fullerenes imara zaidi (inayoitwa C60) kwenye molekuli ya maji, wanasayansi waliweza kuunda mazingira yenye maji yanayofanana sana na mazingira katika seli za afya za mwili. Maji yaliyo na fullerene iliyojengwa ndani hupunguza radicals bure, yaani, ni antioxidant. Radicals bure ni sababu ya magonjwa mengi. Molekuli hizi zinazoundwa katika mwili wetu huharibu kromosomu na kusababisha seli kuzeeka, saratani, na kupungua kwa kinga. Wanakabiliwa na antioxidants - vitu vyenye manufaa vinavyochanganya na radicals bure na kuzuia athari zao za uharibifu.

Antioxidants ya kawaida ni dutu moja-kaimu, ya wakati mmoja. Wacha tuseme molekuli ya vitamini, ikichanganya na radical bure, huunda kiwanja kisicho na madhara na iko nje ya mchezo. Molekuli moja kwa radical? Si mengi! Na mpira wa fullerene ni wa muda mrefu: unabakia kucheza wakati wote, kuwa na mali ya kichawi ya kuvutia radicals bure. Kwa kuongezea, radicals kama hizo "zinazofuata" huchanganyika na kuunda vitu visivyo na madhara. Shukrani kwa uwepo wa fullerene, mchakato huu unaharakishwa sana, na kisha radicals bahati mbaya huacha mchezo kwa wingi. Suluhisho la Fullerene ni bora mara nyingi zaidi kuliko antioxidants ya kawaida. Wakati huo huo, watafiti wanasema kuwa fullerene sio dawa kwa maana ya kawaida ya neno, kwani dawa husaidia kutibu ugonjwa fulani, na ufumbuzi wa fullerene hufanya kwa upana zaidi, katika mwili wote.

Dawa yenye kiambishi awali "nano"

Uwezekano wa nanoballs hizi kwa kweli haupunguki na hauzuiliwi tu kupigana na radicals bure. Fullerenes ina uwezo wa kuunda seti nzima ya misombo ya kibayolojia. Kwa kujaza cavity ya fullerene na dutu ya uponyaji, unaweza kuendesha mpira huu, kama kwenye mfukoni, kwa uhakika unaohitajika. Fullerenes kama hizo, zinazoitwa kwa mzaha zile zilizojazwa, zinaweza kutumika kupeleka viuavijasumu, vitamini na homoni kwa seli zilizo na ugonjwa. Juhudi zinazoendelea hasa zinafanywa ili kuunda dawa kamili kwa ajili ya matibabu ya magonjwa ya ubongo. Kwa mara ya kwanza ulimwenguni, kioksidishaji kamili cha matibabu ya seli za ubongo zilizoharibiwa kiliundwa katika Chuo Kikuu cha Tel Aviv. Matumizi yake yametoa matokeo chanya katika majaribio hadi sasa na wanyama. Uendelezaji zaidi wa mbinu hii kwa ajili ya matibabu ya sclerosis nyingi na ugonjwa wa Alzheimer unatarajiwa. Majaribio yanafanywa na fullerenes kutoa dawa kupitia ngozi bila kutumia sindano. Njia zinatengenezwa ili kuharibu jenomu za virusi ambazo hupenya seli hai kwa kutumia fullerenes mwenyezi. Kazi juu ya matumizi ya fullerenes kama dawa inaahidi. Tunaweza kuendelea kwa muda mrefu ... Utafiti juu ya dawa za fullerene dhidi ya saratani unafanywa duniani kote na matokeo yanatupa matumaini!

Inasikitisha kwamba mmoja wa wavumbuzi wao, Richard Smalley, hakuishi kuona ushindi wa mwisho wa nanoballs zinazotoa uhai. Alifariki mwaka 2005.

Utafiti juu ya uundaji wa kaboni ya uponyaji unaendelea, ingawa bado haujapita zaidi ya maabara.

Mawe ya slate na fullerenes:

Uvumbuzi bora mara nyingi huzungukwa na hekaya mwanzoni, na inaonekana kana kwamba wanaweza kufanya miujiza.

Katika Urusi, "fullerene homa" ilianza mwishoni mwa miaka ya 90 ya karne iliyopita. Ilihusishwa na mwamba wa kaboni wa shale - shungite, amana ambazo ziligunduliwa huko Karelia.

Kwa mujibu wa toleo moja, mwanajiolojia wa Soviet S. Tsipursky, baada ya kujifunza juu ya ugunduzi wa fullerenes, alihamisha shungite, ambayo alileta kutoka Karelia, kwa ajili ya utafiti kwenye maabara ya Chuo Kikuu cha Arizona huko Amerika. Nakala ilichapishwa juu ya matokeo ya utafiti huu, uliofanywa na ushiriki wa Tsipursky mwenyewe. jarida la kisayansi mwaka 1992. Ilisema kwamba maudhui madogo ya fullerenes yalipatikana katika shungite. Hii ikawa hisia, na kusababisha utafiti zaidi juu ya shungite kwa madhumuni ya matibabu.

Walakini, kwa muda mrefu kumekuwa na hadithi juu ya mali ya uponyaji ya shungite. Slate hii ya rangi nyeusi ya kutisha iliitwa jiwe la slate katika siku za zamani. Kisha ikapokea jina "shungite" - kutoka kijiji cha Karelian cha Shunga, ambapo chemchemi iliyo na maji ya uponyaji ilipitia amana za mwamba huu. Wazee wa eneo hilo walisema kwamba shungite itaponya magonjwa mia moja. Kulingana na hadithi, mtukufu Ksenia Romanova, aliyehamishwa kwa mikoa hii na Boris Godunov, aliponywa magonjwa mengi hapa. Huyu ndiye mama wa Tsar wa kwanza wa Urusi Mikhail Fedorovich. Kwa kumbukumbu yake, chemchemi ya miujiza iliitwa "Ufunguo wa Tsarevich". Walakini, baada ya kuachiliwa kwa Ksenia, walimsahau. Ksenia Romanova alikuwa bibi-mkubwa wa Peter Mkuu na, labda, hadithi za familia kuhusu mali ya uponyaji ya jiwe la slate zilimfikia. Labda jiwe pia lilikuwa na mali ya antiseptic. Kwa njia moja au nyingine, kuna habari kwamba Petro aliamuru kuweka jiwe la mawe kwenye mikoba ya askari na kulishusha ndani ya vyungu vya maji, “ili kuhifadhi nguvu za tumbo lake.” Wanajeshi wa jeshi la Uswidi, ambao walishindwa Vita vya Poltava: katika majira ya joto ya 1709 walipigwa sana na janga la kuhara damu ambalo lilizuka wakati huo.

Miamba ya Shungite hutumiwa katika ujenzi na madini, na hivi karibuni shungite imetumiwa kwa ufanisi katika filters kwa ajili ya utakaso wa maji.

Mnamo 2003, ambayo ni, miaka kumi baada ya uchapishaji wa kwanza wa kupendeza, nakala ilichapishwa katika Jarida la Jumuiya ya Kijiolojia ya Amerika, ambayo iliripoti kwamba ukaguzi wa kina haukuthibitisha uwepo wa fullerenes katika shungite. Kwa kuongeza, hata kama walikuwapo, athari ya uponyaji haitaundwa na jiwe yenyewe, lakini kwa ufumbuzi wake wa maji.

Elektroniki za Kikaboni:

Wanasayansi Taasisi ya Teknolojia Georgia (Taasisi ya Teknolojia ya Georgia) kama matokeo ya utafiti, iliunda matrix ya transistors ya kasi ya juu ya athari ya shamba kulingana na C60 fullerenes.

Profesa Bernard Kippelen alibainisha kuwa semiconductors ya kikaboni ni nyenzo mpya kabisa, ya kisasa na yenye kuahidi sana katika nanoelectronics.

Upeo wa matumizi ya nanoelectronics hai ni kubwa: kutoka kwa maonyesho na mabango ya kielektroniki amilifu, hadi lebo za RFID na kompyuta zinazonyumbulika.

Nanocosmetics: seli za urembo:

Nanoteknolojia bado inasomwa, lakini mstari mzima wa bidhaa za vipodozi tayari umeonekana ambazo hutumia mali ya ajabu ya fullerenes. Juu ya ufungaji wa bidhaa hizo kwa kawaida huandika: "ina fullerenes" au "ina C60" (hii ndiyo molekuli imara zaidi ya kundi hili). Wazalishaji wanadai kuwa creams zilizo na fullerenes huboresha kwa kiasi kikubwa hali ya ngozi ya kukomaa, kupunguza kasi ya mchakato wa kuzeeka, na kudumisha elasticity na upya wa uso.

Chini ya ulinzi:

Nanomedicine ni mwelekeo mpya kabisa katika mapambano dhidi ya magonjwa. Na, licha ya ukweli kwamba maoni na miradi yake bado iko katika hatua ya utafiti wa maabara, hakuna shaka kuwa siku zijazo ni za nanomedicine.