ฟูลเลอรีนในธรรมชาติ รูปแบบ allotropic ที่รู้จักของคาร์บอน

ฟูลเลอรีน ซี 60

ฟูลเลอรีน ซี 540

ฟูลเลอรีน, บัคกี้บอลหรือ บัคกี้บอล- สารประกอบโมเลกุลที่อยู่ในกลุ่มของคาร์บอนในรูปแบบ allotropic (อื่นๆ ได้แก่ เพชร คาร์ไบน์ และกราไฟต์) และเป็นตัวแทนของรูปทรงหลายเหลี่ยมปิดแบบนูน ซึ่งประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนสามพิกัดจำนวนคู่ ความสัมพันธ์เหล่านี้เป็นหนี้ชื่อวิศวกรและนักออกแบบ Richard Buckminster Fuller ซึ่งมีโครงสร้างทางภูมิศาสตร์ที่สร้างขึ้นบนหลักการนี้ ในขั้นต้น ข้อต่อประเภทนี้จำกัดเฉพาะโครงสร้างที่มีใบหน้าห้าเหลี่ยมและหกเหลี่ยมเท่านั้น โปรดทราบว่าสำหรับการดำรงอยู่ของรูปทรงหลายเหลี่ยมปิดที่สร้างขึ้นจาก นจุดยอดที่ก่อตัวเพียงห้าเหลี่ยมและหกเหลี่ยมตามทฤษฎีบทของออยเลอร์สำหรับรูปทรงหลายเหลี่ยมซึ่งยืนยันความถูกต้องของความเท่าเทียมกัน | น | − | อี | + | ฉ | = 2 (ที่ไหน | น | , | อี| และ | ฉ| ตามลำดับ จำนวนจุดยอด ขอบ และใบหน้า) เงื่อนไขที่จำเป็นคือการมีรูปห้าเหลี่ยม 12 รูปพอดีและ น/ 2 − 10 ใบหน้าหกเหลี่ยม หากโมเลกุลฟูลเลอรีนนอกเหนือจากอะตอมของคาร์บอนรวมถึงอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีอื่น ๆ แล้วถ้าอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีอื่น ๆ อยู่ภายในกรงคาร์บอนฟูลเลอรีนดังกล่าวจะเรียกว่าเอ็นโดเฮดรัลหากอยู่นอก - exohedral

ประวัติการค้นพบฟูลเลอรีน

คุณสมบัติโครงสร้างของฟูลเลอรีน

ในโมเลกุลฟูลเลอรีน อะตอมของคาร์บอนจะอยู่ที่จุดยอดของรูปหกเหลี่ยมและห้าเหลี่ยมปกติ ซึ่งก่อตัวเป็นพื้นผิวของทรงกลมหรือทรงรี ตัวแทนที่สมมาตรที่สุดและได้รับการศึกษาอย่างเต็มที่จากตระกูลฟูลเลอรีนคือฟูลเลอรีน (C 60) ซึ่งอะตอมของคาร์บอนจะก่อตัวเป็นไอโคซาเฮดรอนที่ถูกตัดทอน ซึ่งประกอบด้วยรูปหกเหลี่ยม 20 อันและรูปห้าเหลี่ยม 12 เหลี่ยมและมีลักษณะคล้ายลูกฟุตบอล เนื่องจากอะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมของฟูลเลอรีน C 60 เป็นของสองรูปหกเหลี่ยมและหนึ่งรูปห้าเหลี่ยมพร้อมกัน ดังนั้นอะตอมทั้งหมดใน C 60 จึงเทียบเท่ากัน ซึ่งได้รับการยืนยันโดยสเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านิวเคลียร์ (NMR) ของไอโซโทป 13 C ซึ่งมีเพียงเส้นเดียว อย่างไรก็ตาม พันธะ CC ทั้งหมดนั้นมีความยาวไม่เท่ากัน พันธะ C=C ซึ่งก็คือ ด้านทั่วไปสำหรับสองรูปหกเหลี่ยมคือ 1.39 และ การเชื่อมต่อ CCโดยทั่วไปสำหรับรูปหกเหลี่ยมและรูปห้าเหลี่ยมจะยาวกว่าและเท่ากับ 1.44 Å นอกจากนี้ พันธะของประเภทแรกยังเป็นสองเท่า และพันธะที่สองเป็นพันธะเดี่ยว ซึ่งจำเป็นสำหรับเคมีของ C 60 fullerene

ต่อไปที่พบมากที่สุดคือ C 70 fullerene ซึ่งแตกต่างจาก C 60 fullerene โดยการสอดเข็มขัดของอะตอมคาร์บอน 10 ตัวเข้าไปในบริเวณเส้นศูนย์สูตร C 60 อันเป็นผลมาจากการที่โมเลกุล C 70 ถูกยืดออกและมีลักษณะคล้ายลูกรักบี้อยู่ในนั้น รูปร่าง.

ที่เรียกว่า fullerenes ที่สูงขึ้นประกอบด้วย มากกว่าอะตอมของคาร์บอน (มากถึง 400) เกิดขึ้นในปริมาณที่น้อยกว่ามากและมักจะมีองค์ประกอบไอโซเมอร์ที่ค่อนข้างซับซ้อน ในบรรดาฟูลเลอรีนที่มีการศึกษามากที่สุด สามารถแยกแยะ C . ได้ น , น=74, 76, 78, 80, 82 และ 84.

การสังเคราะห์ฟูลเลอรีน

ฟูลเลอรีนแรกแยกได้จากไอกราไฟท์ควบแน่นที่ได้จากการฉายรังสีเลเซอร์ของตัวอย่างกราไฟท์ที่เป็นของแข็ง อันที่จริงมันเป็นร่องรอยของสาร ต่อไป ขั้นตอนสำคัญผลิตขึ้นในปี 1990 โดย W. Kretschmer, Lamb, D. Huffman และคนอื่นๆ ผู้พัฒนาวิธีการเพื่อให้ได้ฟูลเลอรีนในปริมาณกรัมโดยการเผาไหม้ขั้วไฟฟ้ากราไฟต์ในอาร์คไฟฟ้าในบรรยากาศฮีเลียมที่ความดันต่ำ . ในกระบวนการของการกัดเซาะของแอโนด เขม่าที่มีฟูลเลอรีนจำนวนหนึ่งจะเกาะอยู่บนผนังห้อง ต่อจากนั้น ก็สามารถเลือกพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดของการระเหยของอิเล็กโทรด (ความดัน องค์ประกอบบรรยากาศ กระแส เส้นผ่านศูนย์กลางของอิเล็กโทรด) ซึ่งได้ผลผลิตสูงสุดของฟูลเลอรีนเฉลี่ย 3–12% ของวัสดุแอโนด ซึ่งท้ายที่สุดกำหนดสูง ค่าใช้จ่ายของฟูลเลอรีน

ในตอนแรก ความพยายามทั้งหมดของผู้ทดลองในการค้นหาวิธีการที่ถูกกว่าและมีประสิทธิผลมากกว่าในการรับฟูลเลอรีนในปริมาณกรัม (การเผาไหม้ของไฮโดรคาร์บอนในเปลวไฟ การสังเคราะห์ทางเคมี ฯลฯ) ไม่ได้นำไปสู่ความสำเร็จ และวิธีการ "ส่วนโค้ง" ยังคงเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด เป็นเวลานาน (ผลผลิตประมาณ 1 กรัม / ชม.) . ต่อมา Mitsubishi ได้จัดตั้ง การผลิตภาคอุตสาหกรรม fullerenes โดยการเผาไหม้ไฮโดรคาร์บอน แต่ fullerenes ดังกล่าวมีออกซิเจน ดังนั้นวิธีอาร์คจึงเป็นวิธีเดียวที่เหมาะสมในการรับ fullerenes บริสุทธิ์

กลไกการเกิดฟูลเลอรีนในส่วนโค้งยังคงไม่ชัดเจน เนื่องจากกระบวนการที่เกิดขึ้นในบริเวณส่วนโค้งของอาร์กนั้นไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ ซึ่งทำให้การพิจารณาทางทฤษฎีมีความซับซ้อนมาก เป็นที่ยอมรับอย่างไม่อาจหักล้างได้เพียงว่าฟูลเลอรีนถูกประกอบขึ้นจากอะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอม (หรือชิ้นส่วน C 2) สำหรับการพิสูจน์ กราไฟต์ 13 C ที่มีความบริสุทธิ์สูงถูกใช้เป็นขั้วบวก ส่วนอีกขั้วหนึ่งทำจากกราไฟท์ 12 C ธรรมดา หลังจากการสกัดฟูลเลอรีน NMR แสดงให้เห็นว่าอะตอม 12 C และ 13 C สุ่มอยู่บน พื้นผิวของฟูลเลอรีน สิ่งนี้บ่งชี้การสลายตัวของวัสดุกราไฟท์ต่ออะตอมหรือชิ้นส่วนของระดับอะตอมและการประกอบที่ตามมาในโมเลกุลฟูลเลอรีน เหตุการณ์นี้ทำให้จำเป็นต้องละทิ้งภาพที่มองเห็นของการก่อตัวของฟูลเลอรีนอันเป็นผลมาจากการพับชั้นกราไฟต์อะตอมให้เป็นทรงกลมปิด

จำนวนการติดตั้งทั้งหมดที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วสำหรับการผลิตฟูลเลอรีนและการทำงานอย่างต่อเนื่องเพื่อปรับปรุงวิธีการทำให้บริสุทธิ์ทำให้ต้นทุนของ C 60 ลดลงอย่างมากในช่วง 17 ปีที่ผ่านมา - จาก 10,000 ดอลลาร์เป็น 10-15 ดอลลาร์ต่อ กรัมซึ่งนำพวกเขาไปสู่ขอบเขตของการใช้ในอุตสาหกรรมจริง

น่าเสียดาย แม้จะมีการปรับให้เหมาะสมของวิธี Huffman-Kretchmer (HK) แต่ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะเพิ่มผลผลิตของ fullerenes มากกว่า 10-20% ของมวลรวมของกราไฟท์ที่ถูกเผา เมื่อพิจารณาถึงต้นทุนที่ค่อนข้างสูงของผลิตภัณฑ์เริ่มต้น ซึ่งก็คือกราไฟท์ เห็นได้ชัดว่าวิธีการนี้มีข้อจำกัดพื้นฐาน นักวิจัยหลายคนเชื่อว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะลดต้นทุนของฟูลเลอรีนที่ได้จากวิธี XC ให้ต่ำกว่าไม่กี่ดอลลาร์ต่อกรัม ดังนั้นความพยายามของกลุ่มวิจัยหลายกลุ่มจึงมุ่งเป้าไปที่การค้นหาวิธีการอื่นเพื่อให้ได้ฟูลเลอรีน ความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในพื้นที่นี้เกิดขึ้นโดยบริษัท Mitsubishi ซึ่งดังที่ได้กล่าวมาแล้ว สามารถสร้างการผลิตเชิงอุตสาหกรรมของฟูลเลอรีนได้โดยการเผาไฮโดรคาร์บอนในเปลวไฟ ค่าใช้จ่ายของฟูลเลอรีนดังกล่าวอยู่ที่ประมาณ 5 เหรียญ/กรัม (2005) ซึ่งไม่ส่งผลต่อต้นทุนของฟูลเลอรีนอาร์กไฟฟ้า

ควรสังเกตว่าฟูลเลอรีนที่มีราคาสูงไม่ได้กำหนดโดยผลผลิตที่ต่ำระหว่างการเผาไหม้กราไฟต์เท่านั้น แต่ยังพิจารณาจากความยากลำบากในการแยก การทำให้บริสุทธิ์ และการแยกฟูลเลอรีนที่มีมวลต่างๆ ออกจากคาร์บอนแบล็คด้วย วิธีการปกติมีดังนี้: เขม่าที่ได้จากการเผาไหม้กราไฟท์ผสมกับโทลูอีนหรือตัวทำละลายอินทรีย์อื่น (สามารถละลายฟูลเลอรีนได้อย่างมีประสิทธิภาพ) จากนั้นส่วนผสมจะถูกกรองหรือหมุนเหวี่ยง และสารละลายที่เหลือจะระเหย หลังจากนำตัวทำละลายออกแล้ว ตะกอนที่เป็นผลึกละเอียดสีเข้มจะหลงเหลืออยู่ ซึ่งเป็นส่วนผสมของฟูลเลอรีน ซึ่งมักเรียกว่าฟูลเลอร์ไรท์ องค์ประกอบของฟูลเลอไรท์ประกอบด้วยการก่อตัวผลึกต่างๆ: ผลึกขนาดเล็กของโมเลกุล C 60 และ C 70 และผลึก C 60 /C 70 คือ โซลูชั่นที่เป็นของแข็ง. นอกจากนี้ ฟูลเลอร์ไรท์ยังประกอบด้วยฟูลเลอรีนที่สูงกว่าในปริมาณเล็กน้อยเสมอ (มากถึง 3%) การแยกของผสมของฟูลเลอรีนออกเป็นเศษส่วนของโมเลกุลแต่ละส่วนดำเนินการโดยการใช้โครมาโตกราฟีของเหลวบนคอลัมน์และโครมาโตกราฟีของเหลวแรงดันสูง (HPLC) ส่วนใหญ่ใช้เพื่อวิเคราะห์ความบริสุทธิ์ของฟูลเลอรีนที่แยกได้ เนื่องจากความไวในการวิเคราะห์ของวิธี HPLC นั้นสูงมาก (สูงถึง 0.01%) สุดท้าย ขั้นตอนสุดท้ายคือการกำจัดตัวทำละลายตกค้างจากตัวอย่างที่เป็นของแข็ง ดำเนินการโดยการเก็บตัวอย่างไว้ที่อุณหภูมิ 150-250 o C ในสุญญากาศแบบไดนามิก (ประมาณ 0.1 Torr)

คุณสมบัติทางกายภาพและคุณค่าของสารฟูลเลอรีน

Fullerites

ระบบควบแน่นที่ประกอบด้วยโมเลกุลฟูลเลอรีนเรียกว่าฟูลเลอไรต์ ระบบที่มีการศึกษามากที่สุดในประเภทนี้คือคริสตัล C 60 น้อยกว่า - ระบบผลึก C 70 การศึกษาผลึกของฟูลเลอรีนที่สูงกว่านั้นถูกขัดขวางโดยความซับซ้อนของการเตรียมการ อะตอมของคาร์บอนในโมเลกุลฟูลเลอรีนเชื่อมโยงกันด้วยพันธะ σ- และ π ในขณะที่ไม่มีพันธะเคมี (ตามความหมายปกติของคำ) ระหว่างโมเลกุลฟูลเลอรีนแต่ละตัวในผลึก ดังนั้น ในระบบควบแน่น โมเลกุลแต่ละโมเลกุลจะคงความเป็นตัวของมันไว้ (ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเมื่อพิจารณาโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของคริสตัล) โมเลกุลถูกกักอยู่ในคริสตัลโดยแรง Van der Waals ซึ่งส่วนใหญ่กำหนดคุณสมบัติมหภาคของของแข็ง C 60

ที่อุณหภูมิห้อง คริสตัล C 60 มีโครงตาข่ายลูกบาศก์ (fcc) ที่มีผิวหน้าอยู่ตรงกลางโดยมีค่าคงที่ที่ 1.415 นาโนเมตร แต่เมื่ออุณหภูมิลดลง จะเกิดการเปลี่ยนเฟสลำดับที่หนึ่ง (T cr ≈ 260 K) และคริสตัล C 60 เปลี่ยนโครงสร้างเป็นลูกบาศก์หนึ่งอย่างง่าย (ค่าคงที่ขัดแตะ 1.411 นาโนเมตร) ที่อุณหภูมิ T > Tcr โมเลกุล C 60 จะหมุนแบบสุ่มรอบจุดศูนย์กลางสมดุล และเมื่ออุณหภูมิลดลงจนถึงอุณหภูมิวิกฤต แกนของการหมุนทั้งสองแกนจะถูกแช่แข็ง การแช่แข็งการหมุนอย่างสมบูรณ์เกิดขึ้นที่ 165 K. โครงสร้างคริสตัล C 70 ที่อุณหภูมิตามลำดับอุณหภูมิห้องได้รับการศึกษาอย่างละเอียดในงาน จากผลงานชิ้นนี้คริสตัล ประเภทนี้มีโครงตาข่ายที่เน้นร่างกาย (bcc) โดยมีส่วนผสมของเฟสหกเหลี่ยมเล็กน้อย

สมบัติทางแสงไม่เชิงเส้นของฟูลเลอรีน

การวิเคราะห์โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของฟูลเลอรีนแสดงการมีอยู่ของระบบ π-อิเล็กตรอน ซึ่งค่าความไวแสงแบบไม่เชิงเส้นมีค่ามาก ฟูลเลอรีนมีความไม่เชิงเส้นแน่นอน คุณสมบัติทางแสง. อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีความสมมาตรสูงของโมเลกุล C 60 การสร้างฮาร์มอนิกที่สองจึงเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อมีการนำความไม่สมมาตรเข้าสู่ระบบ (เช่น โดยสนามไฟฟ้าภายนอก) จากมุมมองที่ใช้งานได้จริง ความเร็วสูง (~250 ps) ซึ่งเป็นตัวกำหนดการปราบปรามของฮาร์มอนิกรุ่นที่สองนั้นน่าดึงดูดใจ นอกจากนี้ C 60 fullerenes ยังสามารถสร้างฮาร์มอนิกที่สามได้

อีกพื้นที่ที่เป็นไปได้สำหรับการใช้ฟูลเลอรีน และอย่างแรกเลยคือ C 60 คือบานประตูหน้าต่างแบบออปติคัล การทดลองแสดงความเป็นไปได้ของการใช้วัสดุนี้สำหรับความยาวคลื่น 532 นาโนเมตร เวลาตอบสนองที่สั้นทำให้สามารถใช้ฟูลเลอรีนเป็นตัวจำกัดการแผ่รังสีเลเซอร์และสวิตช์ Q อย่างไรก็ตาม ด้วยเหตุผลหลายประการ เป็นเรื่องยากสำหรับฟูลเลอรีนที่จะแข่งขันกับวัสดุแบบดั้งเดิมที่นี่ ราคาสูง, ความยากลำบากในการกระจายตัวของฟูลเลอรีนในแก้ว, ความสามารถในการออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วในอากาศ, ค่าสัมประสิทธิ์ที่ไม่บันทึกของความไวไม่เชิงเส้น, เกณฑ์การ จำกัด สูง รังสีออปติคอล(ไม่เหมาะกับการถนอมดวงตา) สร้าง ปัญหาร้ายแรงกับวัสดุที่แข่งขันกัน

กลศาสตร์ควอนตัมและฟูลเลอรีน

ไฮเดรด ฟูลเลอรีน (HyFn); (C 60 @ (H 2 O) n)

สารละลายในน้ำ C 60 HyFn

Hydrated C 60 - C 60 HyFn fullerene เป็นคอมเพล็กซ์ supramolecular ที่ชอบน้ำที่แข็งแรงซึ่งประกอบด้วยโมเลกุล C 60 fullerene ที่อยู่ในเปลือกไฮเดรชั่นแรกซึ่งประกอบด้วย 24 โมเลกุลของน้ำ: C 60 @(H 2 O) 24 เปลือกไฮเดรชั่นเกิดขึ้นจากการทำงานร่วมกันระหว่างผู้บริจาคและผู้รับของโมเลกุลออกซิเจนออกซิเจนเพียงคู่เดียวในน้ำที่มีจุดศูนย์กลางของตัวรับอิเล็กตรอนบนผิวฟูลเลอรีน ในเวลาเดียวกัน โมเลกุลของน้ำที่อยู่ใกล้กับพื้นผิวฟูลเลอรีนจะเชื่อมต่อกันด้วยเครือข่ายปริมาตรของพันธะไฮโดรเจน ขนาดของ C 60 HyFn สอดคล้องกับ 1.6-1.8 nm. ปัจจุบันความเข้มข้นสูงสุดของ C 60 ในรูปของ C 60 HyFn ที่สร้างขึ้นในน้ำจะเท่ากับ 4 มก./มล. ภาพถ่ายของสารละลายในน้ำของ C 60 HyFn ที่มีความเข้มข้น C 60 0.22 มก./มล. ทางด้านขวา

ฟูลเลอรีนเป็นวัสดุสำหรับเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์

ผลึกฟูลเลอรีนระดับโมเลกุลเป็นสารกึ่งตัวนำที่มีช่องว่างแถบประมาณ 1.5 eV และคุณสมบัติของผลึกนั้นส่วนใหญ่คล้ายกับของเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ ดังนั้น มีการศึกษาจำนวนหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการใช้ฟูลเลอรีนเป็นวัสดุใหม่สำหรับการใช้งานแบบดั้งเดิมในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์ โฟโตเซลล์ ฯลฯ ในที่นี้ ข้อได้เปรียบเหนือซิลิกอนแบบดั้งเดิมคือเวลาตอบสนองแสงที่สั้น (หน่วยของ น.) อย่างไรก็ตาม ผลกระทบของออกซิเจนต่อการนำของฟิล์มฟูลเลอรีนกลับกลายเป็นข้อเสียเปรียบที่สำคัญ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการเคลือบป้องกัน ในแง่นี้ มีแนวโน้มมากขึ้นที่จะใช้โมเลกุลฟูลเลอรีนเป็นอุปกรณ์ระดับนาโนที่เป็นอิสระ และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง เป็นองค์ประกอบขยายสัญญาณ

Fullerene เป็นช่างภาพ

ภายใต้การกระทำของแสงที่มองเห็นได้ (> 2 eV) การแผ่รังสีอัลตราไวโอเลตและความยาวคลื่นที่สั้นกว่า ฟูลเลอรีนโพลิเมอไรเซชันและในรูปแบบนี้จะไม่ละลายโดยตัวทำละลายอินทรีย์ จากภาพประกอบของการใช้ฟูลเลอรีนโฟโตรีซีสต์ เราสามารถยกตัวอย่างเพื่อให้ได้ความละเอียดต่ำกว่าไมครอน (≈20 นาโนเมตร) โดยการกัดซิลิกอนด้วยลำแสงอิเล็กตรอนโดยใช้หน้ากากของฟิล์ม C 60 โพลีเมอร์ไรซ์

สารเติมแต่งฟูลเลอรีนสำหรับการเติบโตของฟิล์มเพชรโดยวิธี CVD

ความเป็นไปได้ที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่ง การใช้งานจริงคือการใช้สารเติมแต่งฟูลเลอรีนในการเจริญเติบโตของฟิล์มเพชรโดยวิธี CVD (Chemical Vapor Deposition) การนำฟูลเลอรีนเข้าสู่เฟสของแก๊สมีประสิทธิภาพจากมุมมองสองประการ: การเพิ่มขึ้นของอัตราการก่อตัวของแกนเพชรบนสารตั้งต้นและปริมาณการสร้างบล็อคจากเฟสของแก๊สไปยังสารตั้งต้น เศษของ C 2 ทำหน้าที่เป็นหน่วยการสร้าง ซึ่งกลายเป็นวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการเจริญเติบโตของฟิล์มเพชร จากการทดลองแสดงให้เห็นว่าอัตราการเติบโตของฟิล์มเพชรสูงถึง 0.6 µm/h ซึ่งสูงกว่าโดยไม่ใช้ fullerenes ถึง 5 เท่า สำหรับการแข่งขันที่แท้จริงระหว่างเพชรกับเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ ในไมโครอิเล็กทรอนิกส์ จำเป็นต้องพัฒนาวิธีการ heteroepitaxy ของฟิล์มเพชร แต่การเติบโตของฟิล์มผลึกเดี่ยวบนพื้นผิวที่ไม่ใช่เพชรยังคงเป็นปัญหาที่แก้ไม่ได้ หนึ่งใน ทางที่เป็นไปได้วิธีแก้ปัญหานี้คือการใช้ชั้นบัฟเฟอร์ของฟูลเลอรีนระหว่างซับสเตรตและฟิล์มเพชร ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการวิจัยในทิศทางนี้คือ การยึดเกาะที่ดีของฟูลเลอรีนกับวัสดุส่วนใหญ่ บทบัญญัติเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเชื่อมต่อกับการวิจัยอย่างเข้มข้นเกี่ยวกับเพชรเพื่อใช้ในไมโครอิเล็กทรอนิกส์รุ่นต่อไป ประสิทธิภาพสูง (ความเร็วดริฟท์อิ่มตัวสูง); การนำความร้อนสูงสุดและความทนทานต่อสารเคมีของวัสดุที่รู้จักทำให้เพชรเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มดีสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์รุ่นต่อไป

สารประกอบตัวนำยิ่งยวดด้วย C 60

ผลึกฟูลเลอรีนระดับโมเลกุลเป็นสารกึ่งตัวนำ อย่างไรก็ตาม ในช่วงต้นปี 2534 พบว่าการเติม C 60 ที่เป็นของแข็งด้วยโลหะอัลคาไลจำนวนเล็กน้อยจะนำไปสู่การก่อตัวของวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าของโลหะ ซึ่งที่อุณหภูมิต่ำจะผ่านเข้าสู่ตัวนำยิ่งยวด ยาสลบด้วย 60 ผลิตโดยการบำบัดผลึกด้วยไอโลหะที่อุณหภูมิหลายร้อยองศาเซลเซียส ในกรณีนี้จะเกิดโครงสร้างของประเภท X 3 C 60 (X คืออะตอมของโลหะอัลคาไล) โลหะที่มีการแทรกสอดครั้งแรกคือโพแทสเซียม การเปลี่ยนแปลงของสารประกอบ K 3 C 60 ไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวดเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 19 เค ซึ่งเป็นค่าบันทึกสำหรับตัวนำยิ่งยวดระดับโมเลกุล ในไม่ช้าก็เป็นที่ยอมรับว่าฟูลเลอไรต์จำนวนมากที่เจือด้วยอะตอมนั้นมีความเป็นตัวนำยิ่งยวด โลหะอัลคาไลในอัตราส่วนของ X 3 C 60 หรือ XY 2 C 60 (X, Y - อะตอมของโลหะอัลคาไล) เจ้าของสถิติในกลุ่มตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง (HTSC) ของประเภทนี้คือ RbCs 2 C 60 - T cr = 33 K

อิทธิพลของสารเติมแต่งขนาดเล็กของฟูลเลอรีนเขม่าต่อคุณสมบัติต้านการเสียดสีและการต้านการสึกหรอของ PTFE

ควรสังเกตว่าการปรากฏตัวของ C 60 fullerene ในสารหล่อลื่นแร่จะเริ่มต้นการก่อตัวของฟิล์มป้องกัน fullerene-full-dimensional หนา 100 นาโนเมตรบนพื้นผิวของเคาน์เตอร์ ฟิล์มที่เกิดขึ้นป้องกันการเสื่อมสภาพจากความร้อนและออกซิเดชัน เพิ่มอายุการใช้งานของหน่วยแรงเสียดทานในสถานการณ์ฉุกเฉิน 3-8 เท่า ความเสถียรทางความร้อนของน้ำมันหล่อลื่นสูงถึง 400-500ºС และความจุแบริ่งของหน่วยแรงเสียดทานเพิ่มขึ้น 2-3 เท่า ขยาย ช่วงแรงดันใช้งานของหน่วยความฝืด 1.5 -2 เท่า ช่วยลดเวลาทำงานของตัวนับ

การใช้งานอื่นๆ ของ fullerenes

การใช้งานที่น่าสนใจอื่นๆ ได้แก่ ตัวสะสมและแบตเตอรี่ไฟฟ้า ซึ่งมีการใช้สารเติมแต่งฟูลเลอรีนไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง แบตเตอรี่เหล่านี้ใช้ลิเธียมแคโทดที่มีฟูลเลอรีนแบบอินเทอร์คาเลต ฟูลเลอรีนยังสามารถใช้เป็นสารเติมแต่งในการผลิตเพชรเทียมด้วยวิธีแรงดันสูง ในกรณีนี้ ผลผลิตของเพชรจะเพิ่มขึ้น ≈30% ฟุลเลอรีนยังสามารถนำมาใช้ในร้านขายยาเพื่อสร้างยาตัวใหม่ได้ นอกจากนี้ ฟูลเลอรีนยังพบว่ามีการใช้สารเติมแต่งในสีทนไฟแบบ intumescent (intumescent) เนื่องจากการแนะนำของ fullerenes สีจะพองตัวภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิในระหว่างเกิดเพลิงไหม้ทำให้เกิดชั้นโฟมโค้กที่ค่อนข้างหนาแน่นซึ่งหลายครั้งจะเพิ่มเวลาในการทำความร้อนจนถึงอุณหภูมิวิกฤตของโครงสร้างที่ได้รับการป้องกัน นอกจากนี้ ฟูลเลอรีนและอนุพันธ์ทางเคมีต่างๆ ยังใช้ร่วมกับพอลิคอนจูเกตโพลิเมอร์เซมิคอนดักเตอร์สำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์

คุณสมบัติทางเคมีของฟูลเลอรีน

Fullerenes แม้จะไม่มีอะตอมไฮโดรเจนซึ่งสามารถแทนที่ได้เหมือนในกรณีของสามัญ

ฟูลเลอรีนมีอยู่ทุกหนทุกแห่งในธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในที่ที่มีคาร์บอนและพลังงานสูง พวกมันอยู่ใกล้ดาวคาร์บอน ในอวกาศระหว่างดวงดาว ในสถานที่ที่เกิดฟ้าผ่า ใกล้ปากปล่องภูเขาไฟ และก่อตัวขึ้นเมื่อก๊าซถูกเผาในเตาแก๊สในบ้านหรือในเปลวไฟของไฟแช็คธรรมดา

นอกจากนี้ยังพบฟูลเลอรีนในสถานที่สะสมของหินคาร์บอนโบราณ สถานที่พิเศษเป็นของแร่ธาตุ Karelian - shungite หินเหล่านี้ซึ่งมีคาร์บอนบริสุทธิ์มากถึง 80% มีอายุประมาณ 2 พันล้านปี ลักษณะของแหล่งกำเนิดยังไม่ชัดเจน ข้อสันนิษฐานประการหนึ่งคือการล่มสลายของอุกกาบาตคาร์บอนขนาดใหญ่

Fullerenes ใน Shungites Stone เป็นหัวข้อที่กล่าวถึงอย่างกว้างขวางในหลาย ๆ สิ่งพิมพ์และบนหน้าเว็บ มีความคิดเห็นที่ขัดแย้งกันมากมายในเรื่องนี้ ซึ่งทั้งผู้อ่านและผู้ใช้ผลิตภัณฑ์ shungite มีคำถามมากมาย ชุนไคต์มีคาร์บอน – ฟูลเลอรีนในรูปแบบโมเลกุลจริงหรือไม่? ยา "Marcial Waters" มีฟูลเลอรีนหรือไม่? เป็นไปได้ไหมที่จะดื่มน้ำที่ผสมกับ shungite และมันจะมีประโยชน์อย่างไร? จากประสบการณ์ของเราในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับคุณสมบัติของชุนไคต์ต่างๆ เรานำเสนอความคิดเห็นของเราเกี่ยวกับสิ่งเหล่านี้และคำถามที่พบบ่อยอื่นๆ ด้านล่าง

ในปัจจุบัน ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตโดยใช้ Karelian shungites ได้กลายเป็นที่แพร่หลาย เหล่านี้เป็นตัวกรองต่างๆ สำหรับการบำบัดน้ำ ปิรามิด จี้ ผลิตภัณฑ์ที่ป้องกันรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า น้ำพริก และกรวด shungite แบบง่ายๆ และผลิตภัณฑ์ประเภทอื่น ๆ อีกมากมายที่นำเสนอเป็นวิธีการป้องกัน การรักษา และปรับปรุงสุขภาพ ในขณะเดียวกันตามกฎแล้ว ปีที่แล้วสรรพคุณทางยา ประเภทต่างๆ shungites เกิดจาก fullerenes ที่มีอยู่ในตัว

ไม่นานหลังจากการค้นพบฟูลเลอรีนในปี 2528 การค้นหาที่ใช้งานอยู่พวกเขาอยู่ในธรรมชาติ พบ Fullerenes ใน Karelian shungite ตามรายงานในสิ่งพิมพ์ทางวิทยาศาสตร์ต่างๆ ในทางกลับกัน เราได้พัฒนาวิธีการทางเลือกเพื่อแยกฟูลเลอรีนออกจากชุนไคต์และพิสูจน์การมีอยู่ของพวกมัน การศึกษาวิเคราะห์ตัวอย่างที่ถ่ายในภูมิภาคต่าง ๆ ของ Zaonezhye ที่เกิดหิน shungite ก่อนการวิเคราะห์ ตัวอย่าง shungite ถูกบดขยี้ให้อยู่ในสถานะ microdispersed

โปรดจำไว้ว่า shungites เป็นโครงตาข่ายซิลิเกต openwork ซึ่งช่องว่างนั้นเต็มไปด้วยคาร์บอน shungite ซึ่งในโครงสร้างของมันเป็นผลิตภัณฑ์ระดับกลางระหว่างคาร์บอนอสัณฐานและกราไฟท์ นอกจากนี้ในคาร์บอนชุนไคต์ยังมีสารประกอบอินทรีย์น้ำหนักโมเลกุลต่ำและสูงตามธรรมชาติ (NONVS) ที่ไม่สามารถอธิบายได้ องค์ประกอบทางเคมี. Shungites ต่างกันในองค์ประกอบของฐานแร่ Shungites แบ่งออกเป็นคาร์บอนต่ำ (สูงถึง 5% C) คาร์บอนปานกลาง (5-25% C) และคาร์บอนสูง (25-80% C) หลังจากการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ของ shungite ในขี้เถ้านอกเหนือจากซิลิคอน, Fe, Ni, Ca, Mg, Zn, Cd, V, Mo, Cu, Ce, As, W และองค์ประกอบอื่น ๆ

ฟูลเลอรีนใน shungite carbon อยู่ในรูปของสารเชิงซ้อนตัวรับบริจาคแบบมีขั้วแบบพิเศษที่มี PONVS ดังนั้นการสกัดฟูลเลอรีนอย่างมีประสิทธิภาพด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น โทลูอีน ซึ่งฟูลเลอรีนสามารถละลายได้สูงจะไม่เกิดขึ้น และการเลือกวิธีการสกัดดังกล่าวมักจะนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ขัดแย้งกันเกี่ยวกับการมีอยู่จริงของฟูลเลอรีนในชุนไคต์ .

ในเรื่องนี้ เราได้พัฒนาวิธีการสกัดอัลตราโซนิกของการกระจายตัวของผงซักฟอกในน้ำของชุนไคต์ ตามด้วยการถ่ายโอนฟูลเลอรีนจากสื่อที่มีขั้วไปยังเฟสตัวทำละลายอินทรีย์ หลังจากการสกัด ความเข้มข้น และการทำให้บริสุทธิ์หลายขั้นตอน เป็นไปได้ที่จะได้สารละลายในเฮกเซน สเปกตรัม UV และ IR ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของสเปกตรัมของ C 60 fullerene บริสุทธิ์ นอกจากนี้ สัญญาณที่ชัดเจนในสเปกตรัมมวลด้วย m/z = 720 (รูปที่ด้านล่าง) เป็นการยืนยันที่แน่ชัดว่ามีเพียง С60 fullerene ใน shungites

252 Cf-PD มวลสเปกตรัมของสารสกัดจากชุนไคต์ สัญญาณที่ 720 น. คือ С60 ฟูลเลอรีน และสัญญาณที่ 696, 672 เป็นลักษณะการกระจายตัวของไอออนฟูลเลอรีน С60 ที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะไอออไนเซชันแบบคายประจุในพลาสมา

อย่างไรก็ตาม เราพบว่าไม่ใช่ทุกตัวอย่างของชุนไคต์ที่มีฟูลเลอรีน จากตัวอย่าง shungite ทั้งหมดที่สถาบันธรณีวิทยาแห่ง Karelian Scientific Center ของ Russian Academy of Sciences (Petrozavodsk, Russia) จัดหาให้เราและคัดเลือกจากพื้นที่ต่างๆ ของการเกิดหิน shungite พบว่า C 60 fullerene พบในตัวอย่างเดียวเท่านั้น ชุนไคต์คาร์บอนสูงที่มีคาร์บอนมากกว่า 80% นอกจากนี้ยังมีน้ำหนักประมาณ 0.04 wt %. จากนี้ เราสามารถสรุปได้ว่าไม่ใช่ทุกตัวอย่างของชุนไคต์ที่มีฟูลเลอรีน อย่างน้อยก็ในปริมาณที่สามารถตรวจจับได้โดยวิธีการวิเคราะห์ทางกายภาพและเคมีที่มีความละเอียดอ่อนสูงสมัยใหม่

นอกจากนี้ เป็นที่ทราบกันดีว่า shungites สามารถมีสิ่งเจือปนจำนวนมากพอสมควร รวมถึงไอออนของโลหะโพลีวาเลนต์หนัก ดังนั้น น้ำที่เติมด้วย shungite อาจมีสิ่งสกปรกที่ไม่พึงประสงค์และเป็นพิษ

แต่ทำไมน้ำมาร์เซียล (Karelian น้ำธรรมชาติผ่านโขดหินที่มีชุนไคต์) มีคุณสมบัติทางชีวภาพที่ไม่เหมือนใคร จำได้ว่าแม้ในช่วงเวลาของ Peter I และด้วยความคิดริเริ่มส่วนตัวของเขาเองน้ำพุแห่งการรักษา "Marcial Waters" ก็เปิดขึ้นใน Karelia (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมดู) เป็นเวลานานที่ไม่มีใครสามารถอธิบายเหตุผลสำหรับคุณสมบัติการรักษาพิเศษของแหล่งนี้ สันนิษฐานว่าปริมาณธาตุเหล็กที่เพิ่มขึ้นในน้ำเหล่านี้เป็นสาเหตุของผลการรักษา อย่างไรก็ตาม มีแหล่งที่มีธาตุเหล็กอยู่มากมายบนโลก แต่ตามกฎแล้ว ผลการรักษาจากการบริโภคนั้นค่อนข้างจำกัด หลังจากการค้นพบฟูลเลอรีนในหินชุนไคต์ซึ่งมีแหล่งกำเนิดไหลผ่าน สันนิษฐานว่าฟูลเลอรีนเป็นเหตุผลหลัก ซึ่งเป็นแก่นสารของผลการรักษาของน่านน้ำการต่อสู้

แท้จริงแล้ว น้ำที่ไหลผ่านชั้นของหินชุนไคต์ที่ "ล้าง" มาเป็นเวลานานไม่มีสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายในปริมาณที่ประเมินค่าได้ น้ำ "อิ่มตัว" ด้วยโครงสร้างที่หินมอบให้ ฟูลเลอรีนที่มีอยู่ในชุนไคต์มีส่วนช่วยในการจัดโครงสร้างน้ำและการก่อตัวของกลุ่มไฮเดรตที่มีลักษณะคล้ายฟูลเลอรีนและการได้มาซึ่งคุณสมบัติทางชีววิทยาที่เป็นเอกลักษณ์ของน้ำการต่อสู้ Shungite เจือด้วยฟูลเลอรีนเป็นตัวสร้างโครงสร้างตามธรรมชาติของน้ำที่ไหลผ่าน ในเวลาเดียวกัน ยังไม่มีใครสามารถตรวจพบฟูลเลอรีนในน่านน้ำ Marcial หรือในการแช่น้ำของ shungite ได้: ไม่ว่าจะไม่ถูกชะออกจาก shungite หรือหากถูกชะล้างออกไป ในปริมาณที่น้อยเช่นนี้ที่ตรวจไม่พบ โดยวิธีการใด ๆ ที่รู้จัก นอกจากนี้ เป็นที่ทราบกันดีว่าฟูลเลอรีนไม่ละลายในน้ำตามธรรมชาติ และถ้าโมเลกุลฟูลเลอรีนบรรจุอยู่ในน้ำการต่อสู้ คุณสมบัติที่มีประโยชน์ของมันก็จะคงอยู่เป็นเวลานานมาก อย่างไรก็ตาม มีการใช้งานในช่วงเวลาสั้นๆ เท่านั้น เช่นเดียวกับ "น้ำละลาย" ที่อิ่มตัวด้วยโครงสร้างที่เหมือนน้ำแข็งเป็นกระจุก Marcial Water ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายฟูลเลอรีนที่ให้ชีวิต ยังคงคุณสมบัติไว้ได้เพียงไม่กี่ชั่วโมง เมื่อเก็บน้ำต่อสู้เช่นเดียวกับ "ละลาย" สั่งให้กลุ่มน้ำทำลายตัวเองและน้ำได้มา คุณสมบัติโครงสร้างเหมือนน้ำธรรมดา ดังนั้นจึงไม่สมเหตุสมผลที่จะเทน้ำดังกล่าวลงในภาชนะและเก็บไว้เป็นเวลานาน ไม่มีองค์ประกอบที่สร้างโครงสร้างและรองรับโครงสร้าง C60 ฟูลเลอรีนในสถานะไฮเดรท ซึ่งสามารถรักษากลุ่มน้ำที่ได้รับคำสั่งไว้ได้เป็นเวลานานโดยพลการ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เพื่อให้น้ำสามารถคงโครงสร้างกระจุกตามธรรมชาติไว้เป็นเวลานาน จำเป็นต้องมีการมีอยู่อย่างต่อเนื่องของปัจจัยการก่อตัวโครงสร้างในนั้น ด้วยเหตุนี้ โมเลกุลฟูลเลอรีนจึงเหมาะสมที่สุด ดังที่เราได้เห็นมาหลายปีแล้ว โดยศึกษาคุณสมบัติเฉพาะของไฮเดรต C 60 ฟูลเลอรีน

ทุกอย่างเริ่มต้นในปี 1995 เมื่อเราพัฒนาวิธีการเพื่อให้ได้สารละลายคอลลอยด์ระดับโมเลกุลของไฮเดรตฟูลเลอรีนในน้ำ ในเวลาเดียวกัน เราได้ทำความคุ้นเคยกับหนังสือเกี่ยวกับคุณสมบัติที่ผิดปกติของ Martial Waters เราพยายามที่จะทำซ้ำแก่นแท้ตามธรรมชาติของ Martial Waters ใน สภาพห้องปฏิบัติการ. ด้วยเหตุนี้จึงใช้น้ำที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งตามเทคโนโลยีพิเศษไฮเดรต C 60 fullerene ถูกเติมในปริมาณที่น้อยมาก หลังจากนั้น การทดสอบทางชีววิทยาต่างๆ ได้เริ่มดำเนินการที่ระดับของสารชีวโมเลกุล เซลล์ที่มีชีวิต และ สิ่งมีชีวิตทั้งหมด. ผลลัพธ์ที่ได้นั้นน่าทึ่งมาก ในเกือบทุกพยาธิวิทยา เราพบเฉพาะผลทางชีวภาพในเชิงบวกของการกระทำของน้ำที่มีไฮเดรต C 60 ฟูลเลอรีน และผลกระทบของการใช้งานไม่เพียงแต่ใกล้เคียงกันอย่างสมบูรณ์ แต่ยังเกินในหลายพารามิเตอร์ ผลกระทบที่อธิบายไว้สำหรับน่านน้ำการต่อสู้กลับมา ครั้งของปีเตอร์ การเปลี่ยนแปลงทางพยาธิวิทยาหลายอย่างในสิ่งมีชีวิตหายไป และกลับสู่สภาวะปกติที่แข็งแรง แต่นี่ไม่ใช่ยาที่ใช้กำหนดเป้าหมายและไม่ใช่สารประกอบเคมีของมนุษย์ต่างดาว แต่เป็นเพียงลูกบอลคาร์บอนที่ละลายในน้ำ ยิ่งกว่านั้นยังรู้สึกได้ว่าไฮเดรท ฟูลเลอรีน C 60 ช่วยให้กลับคืนสู่สภาพเดิม" สภาพปกติ» การเปลี่ยนแปลงเชิงลบใดๆ ในร่างกายอันเนื่องมาจากการบูรณะและบำรุงรักษาโครงสร้างที่สร้างขึ้นเป็นเมทริกซ์ ในกระบวนการเกิดของชีวิต

ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่ Orlov A.D. ในหนังสือของเขา "Shungite - a stone น้ำบริสุทธิ์. การเปรียบเทียบคุณสมบัติของ shungites และ fullerenes พูดถึงสิ่งหลังว่าเป็นแก่นสารของสุขภาพ

1. Buseck และคณะ Fullerenes จากสภาพแวดล้อมทางธรณีวิทยา วิทยาศาสตร์ 10 กรกฎาคม 1992: 215-217. ดอย: 10.1126/วิทยาศาตร์.257.5067.215.
2. น.ป. ยูชกิน. Globular supramolecular structure of shungite: การสแกนข้อมูลด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์ DAN, 1994, v. 337, no. 6 p. 800-803.
3. วี.เอ. เรซนิคอฟ ยูเอส โพเลคอฟสกี คาร์บอนอะมอร์ฟัส shungite เป็นสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติสำหรับการก่อตัวของฟูลเลอรีน จดหมายถึง ZhTF 2000. v. 26. ค. 15. หน้า 94-102
4. ปีเตอร์ อาร์. บุเซค ฟูลเลอรีนทางธรณีวิทยา: ทบทวนและวิเคราะห์ Earth and Planetary Science Letters. V 203, I 3-4, 15 พฤศจิกายน 2002, หน้า 781-792
5.น.น. Rozhkova, G. V. Andrievsky ระบบคอลลอยด์ที่เป็นน้ำขึ้นอยู่กับคาร์บอนชุนไคต์และการสกัดฟูลเลอรีนออกจากพวกมัน การประชุมเชิงปฏิบัติการนานาชาติล้มลุกครั้งที่ 4 ในรัสเซีย "Fullerenes and Atomic Clusters" IWFAC"99 4 - 8 ตุลาคม 2542 เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก รัสเซีย หนังสือบทคัดย่อ หน้า 330
6. N.N. Rozhkova, G.V. อันดรีฟสกี้ ฟูลเลอรีนในชุนไจต์คาร์บอน นั่ง. วิทยาศาสตร์ การดำเนินการของนานาชาติ Symposium “Fullerenes และ fullerene-like structure”: 5-8 มิถุนายน 2000, BSU, Minsk, 2000, หน้า 63-69
7. น.น. Rozhkova, G.V. อันดรีฟสกี้ Shungite คาร์บอนนาโนคอลลอยด์ การสกัดฟูลเลอรีนด้วยตัวทำละลายที่เป็นน้ำ นั่ง. วิทยาศาสตร์ การดำเนินการ III สัมมนานานาชาติ"แร่วิทยาและชีวิต: homologues ชีวภาพ" 6-8 มิถุนายน 2543, Syktyvkar, รัสเซีย, Geoprint, 2000, pp.53-55
8. ส.อ. วิสเนฟสกี้ พื้นที่ทางการแพทย์ของ Karelia สำนักพิมพ์แห่งรัฐของ Karelian ASSR, Petrozavodsk, 2500, 57 p.
9. Fullerenes: แก่นสารแห่งสุขภาพ บทที่ น. 79-98 ในหนังสือ: ค.ศ. ออร์ลอฟ "Shungite - หินแห่งน้ำบริสุทธิ์" มอสโก - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: "DILYa Publishing House", 2004. - 112 p.; และบนอินเทอร์เน็ตที่เว็บไซต์ (www.golkom.ru/book/36.html)

นักฟิสิกส์และนักเคมีพบการประยุกต์ใช้ฟูลเลอรีนมากมาย: พวกมันถูกใช้ในการสังเคราะห์สารประกอบใหม่ในทัศนศาสตร์และในการผลิตตัวนำ เกี่ยวกับคุณสมบัติทางชีวภาพของฟูลเลอรีนนั้น ได้รับข้อมูลที่คลุมเครือมาเป็นเวลานาน นักชีววิทยาประกาศว่าเป็นพิษ หรือค้นพบคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระของฟูลเลอรีน และแนะนำให้ใช้ในการรักษาโรคร้ายแรง เช่น โรคหอบหืด

หนูอายุยืน

ในปี 2555 มีการเผยแพร่สิ่งพิมพ์ที่ดึงดูดความสนใจของแพทย์ผู้สูงอายุ - ผู้เชี่ยวชาญที่ทำงานเกี่ยวกับปัญหาเรื่องวัยชรา ในงานนี้ Tarek Baati et al.* ได้แสดงผลลัพธ์ที่น่าประทับใจ โดยหนูที่เลี้ยงด้วยสารแขวนลอยของฟูลเลอรีนในน้ำมันมะกอกจะมีอายุยืนยาวเป็นสองเท่าของปกติ และยังแสดงความต้านทานต่อปัจจัยที่เป็นพิษเพิ่มขึ้น (เช่น คาร์บอนเตตระคลอไรด์) ความเป็นพิษของสารประกอบนี้เกิดจากความสามารถในการสร้างชนิดของออกซิเจนที่เกิดปฏิกิริยา (ROS) ซึ่งหมายความว่าผลกระทบทางชีวภาพของฟูลเลอรีนมักจะอธิบายได้ด้วยคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระของพวกมัน (ความสามารถในการ "สกัดกั้น" และปิดใช้งาน ROS)

* - “ชีวโมเลกุล” ได้พูดถึงเรื่องนี้อย่างละเอียดแล้ว: « » . - เอ็ด

ความสัมพันธ์ของออกซิเจนชนิดปฏิกิริยากับกระบวนการที่เกิดขึ้นในช่วงอายุนั้นแทบจะไม่ต้องสงสัยเลย ตั้งแต่ยุค 60 ของศตวรรษที่ 20 เมื่อมีการกำหนดทฤษฎีอนุมูลอิสระของการแก่ชรา และจนถึงปัจจุบัน จำนวนข้อมูลที่ยืนยันมุมมองนี้เป็นเพียงการสะสมเท่านั้น อย่างไรก็ตาม จนถึงขณะนี้ ยังไม่มีสารต้านอนุมูลอิสระใด ทั้งจากธรรมชาติและสารสังเคราะห์ ไม่ได้ทำให้อายุขัยของสัตว์ทดลองเพิ่มขึ้นอย่างน่าทึ่ง เช่นเดียวกับในการทดลองของ Baati และเพื่อนร่วมงาน แม้แต่การออกแบบพิเศษโดยทีมงานที่นำโดยนักวิชาการ Skulachev "การดำเนินการตามเป้าหมาย" สารต้านอนุมูลอิสระที่เรียกว่า "ไอออน Skulachev" หรือสารประกอบของซีรี่ส์ SkQ ก็แสดงผลที่มีนัยสำคัญน้อยกว่า

สารเหล่านี้เป็นโมเลกุลที่มีประจุบวก lipophilic พร้อม "หาง" สารต้านอนุมูลอิสระที่แนบมาซึ่งเนื่องจากโครงสร้างของพวกมันสามารถสะสมในไมโตคอนเดรีย (อยู่ในออร์แกเนลล์ของเซลล์ยูคาริโอตที่สร้างออกซิเจนปฏิกิริยา) อย่างไรก็ตาม สารประกอบในซีรีส์ SkQ ช่วยยืดอายุของหนูทดลองโดยเฉลี่ยเพียง 30% เท่านั้น

รูปที่ 2 ซ้าย- เมาส์อายุที่ช้าลงเนื่องจากการบริโภค "ไอออน Skulachev" ด้านขวา- เมาส์จากกลุ่มควบคุม

ทำไมฟูลเลอรีนจึงมีประสิทธิภาพในการต่อต้านความชรา?

เมื่อถามคำถามนี้แล้ว เราเริ่มพิจารณาถึงความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของกลไกเพิ่มเติมของการกระทำทางชีวภาพของฟูลเลอรีน นอกเหนือไปจากสารต้านอนุมูลอิสระที่เป็นที่รู้จักอยู่แล้ว พบเบาะแสในการศึกษาสารประกอบหนึ่งของชุด SkQ - SkQR1 ที่มีสารตกค้างโรดามีน สารประกอบนี้เป็นของกลุ่ม โปรโตโนฟอร์- โมเลกุลที่สามารถขนส่งโปรตอนจากช่องว่างระหว่างเมมเบรนผ่านเมมเบรนไปยังเมทริกซ์ของไมโตคอนเดรีย ดังนั้นจึงลดศักย์ของเมมเบรน (Δψ) อย่างที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าศักยภาพนี้มีอยู่เนื่องจากความแตกต่างของปริมาณโปรตอนตาม ด้านต่างๆเยื่อหุ้มเซลล์และผลิตพลังงานในเซลล์ อย่างไรก็ตาม ก็ยังเป็นที่มาของการสร้าง ROS โดยพื้นฐานแล้ว ชนิดของออกซิเจนที่เกิดปฏิกิริยาที่นี่คล้ายกับ "ของเสียที่เป็นพิษ" จากการผลิตพลังงาน แม้ว่าจะมีหน้าที่ที่เป็นประโยชน์หลายประการ แต่ ROS ส่วนใหญ่เป็นต้นเหตุของความเสียหายต่อ DNA, ไขมัน และโครงสร้างภายในเซลล์จำนวนมาก

รูปที่ 3แผนผังโครงสร้างของไมโตคอนเดรีย ( ซ้าย) การถ่ายโอนโปรตอนด้วยกรดอินทรีย์ - "ตัวถอดอ่อน" ( อยู่ตรงกลาง) - และไดไนโตรฟีนอล - ตัวแยกส่วนที่มีชื่อเสียงที่สุด ( ด้านขวา).

มีหลักฐานว่าการลดลงเล็กน้อยในศักยภาพของเมมเบรนของไมโตคอนเดรียอาจเป็นประโยชน์ต่อเซลล์ การลดลงเพียง 10% ทำให้การผลิต ROS ลดลง 10 เท่า! มีสิ่งที่เรียกว่า "ตัวถอดแยกแบบอ่อน" ที่เพิ่มการนำโปรตอนของเยื่อหุ้ม ส่งผลให้เกิด "การแยกตัว" ของการหายใจและ ATP ฟอสโฟรีเลชัน

บางที "uncoupler" ที่มีชื่อเสียงที่สุดคือ DNF หรือ 2,4-dinitrophenol (รูปที่ 3) ในยุค 30 ของศตวรรษที่ 20 มีการใช้อย่างแข็งขันในการรักษาโรคอ้วน อันที่จริง ไดไนโตรฟีนอลเป็น "ตัวเผาผลาญไขมัน" ตัวแรกที่ใช้ในทางการแพทย์อย่างเป็นทางการ ภายใต้การกระทำของมัน เซลล์จะเปลี่ยนไปสู่วิถีการเผาผลาญทางเลือก เริ่ม "การเผาผลาญ" ของไขมัน และพลังงานที่ได้รับจากเซลล์จะไม่ถูกเก็บไว้ใน ATP ตามปกติ แต่จะแผ่รังสีออกมาในรูปของความร้อน

การค้นหาวิธีง่ายๆในการลดน้ำหนักนั้นมีความเกี่ยวข้องเสมอตราบใดที่ตัวแทน โฮโมเซเปียนส์จะกังวลเกี่ยวกับรูปลักษณ์ของพวกเขา อย่างไรก็ตาม สิ่งที่น่าสนใจกว่าสำหรับการศึกษาของเราคือข้อเท็จจริงที่ว่า "ตัวถอดข้อต่อแบบอ่อน" ดังกล่าวจะลดการผลิต ROS และหากใช้ในปริมาณน้อยก็สามารถช่วยให้อายุยืนยาวขึ้นได้

คำถามที่เกิดขึ้น - นอกจากคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระแล้ว ฟูลเลอรีนยังสามารถแสดงคุณสมบัติของ "สารพาหะ" ของโปรตอน ซึ่งทำหน้าที่สองด้านพร้อมกันได้หรือไม่? ท้ายที่สุดแล้ว โมเลกุลฟูลเลอรีนทรงกลมนั้นกลวงจากด้านใน ซึ่งหมายความว่าอนุภาคขนาดเล็ก เช่น โปรตอน สามารถใส่เข้าไปได้อย่างง่ายดาย

การสร้างแบบจำลอง ในซิลิโค: นักฟิสิกส์ทำอะไร

เพื่อทดสอบสมมติฐานนี้ ทีมงานของ REC "โครงสร้างนาโนของสสาร" ได้ทำการคำนวณที่ซับซ้อน ในเรื่องการค้นพบฟูลเลอรีนในการศึกษาของเรา การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ก่อนการทดลอง การจำลองความเป็นไปได้ของการเจาะโปรตอนเข้าไปในฟูลเลอรีนและการกระจายประจุในระบบดังกล่าว ดำเนินการบนพื้นฐานของทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น (DFT) เป็นเครื่องมือคำนวณเคมีควอนตัมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งช่วยให้คุณสามารถคำนวณคุณสมบัติของโมเลกุลได้อย่างแม่นยำ

ในระหว่างการจำลอง โปรตอนหนึ่งหรือหลายตัวถูกวางไว้นอกฟูลเลอรีน จากนั้นจึงคำนวณการกำหนดค่าที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งเป็นค่าที่พลังงานทั้งหมดของระบบจะน้อยที่สุด ผลการคำนวณพบว่าโปรตอนสามารถทะลุเข้าไปในฟูลเลอรีนได้! ปรากฎว่าสามารถสะสมโปรตอนภายในโมเลกุล C 60 ได้มากถึงหกตัวในเวลาเดียวกัน แต่ตัวที่เจ็ดและตัวที่ตามมาจะไม่สามารถเจาะเข้าไปข้างในและจะขับไล่ - ความจริงก็คือฟูลเลอรีน "ถูกประจุ" ด้วยโปรตอนได้มา ประจุบวก (และอย่างที่คุณทราบ อนุภาคที่มีประจุเหมือนกันจะขับไล่ )

รูปที่ 4 การกระจายประจุบวกภายในระบบ "fullerene + protons" จากซ้ายไปขวา:โปรตอนสอง สี่หรือหกตัวในฟูลเลอรีน สีแสดงถึงการกระจายประจุ: จากเป็นกลาง ( สีแดง) เป็นบวกเล็กน้อย ( สีฟ้า).

สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากโปรตอนเจาะเข้าไปใน "ลูกบอล" ฟูลเลอรีนดึงเมฆอิเล็กตรอนของอะตอมคาร์บอนเข้าหาตัวมันเอง ซึ่งนำไปสู่การกระจายประจุในระบบ "โปรตอน + ฟูลเลอรีน" ยิ่งโปรตอนแทรกซึมเข้าไปข้างในมากเท่าไร ประจุบวกบนพื้นผิวของฟูลเลอรีนก็จะยิ่งแรงขึ้นเท่านั้น ในขณะที่โปรตอนกลับเข้าใกล้กันมากขึ้นเรื่อยๆ ค่ากลาง. รูปแบบนี้ยังสามารถเห็นได้ในรูปที่ 4: เมื่อจำนวนโปรตอนในทรงกลมเกิน 4 พวกมันจะกลายเป็นกลาง (สีเหลือง-ส้ม) และพื้นผิวฟูลเลอรีน "เปลี่ยนเป็นสีน้ำเงิน" มากขึ้นเรื่อยๆ

ในขั้นต้น การคำนวณดำเนินการเฉพาะในระบบ "ฟูลเลอรีน + โปรตอน" เท่านั้น (โดยไม่คำนึงถึงอิทธิพลของโมเลกุลอื่นๆ) แต่ท้ายที่สุด ในเซลล์ ฟูลเลอรีนไม่ได้อยู่ในสุญญากาศ แต่อยู่ในสื่อที่เป็นน้ำซึ่งเต็มไปด้วยสารประกอบจำนวนมากที่มีระดับความซับซ้อนต่างกัน ดังนั้น ในขั้นต่อไปของการจำลอง นักฟิสิกส์จึงเพิ่มโมเลกุลของน้ำ 47 โมเลกุลที่อยู่รอบๆ ฟูลเลอรีนเข้าสู่ระบบ และตรวจสอบว่าการปรากฏตัวของพวกมันจะส่งผลต่อปฏิสัมพันธ์กับโปรตอนหรือไม่ อย่างไรก็ตาม แม้ในที่ที่มีน้ำ แบบจำลองก็ดำเนินการได้สำเร็จ

นักชีววิทยายืนยันสมมติฐาน?

ข่าวที่ว่าฟูลเลอรีนสามารถดูดซับโปรตอนและแม้กระทั่งได้รับประจุบวกจากนักชีววิทยาที่ได้รับการดลใจ ดูเหมือนว่าโมเลกุลที่มีลักษณะเฉพาะเหล่านี้จะทำปฏิกิริยาได้หลายทางในคราวเดียว: พวกมันยับยั้งสปีชีส์ของออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยาได้ (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อนุมูลไฮดรอกซิล ซึ่งเกาะติดกับพันธะคู่จำนวนมาก) พวกมันสะสมในไมโตคอนเดรียเนื่องจากคุณสมบัติของไขมันและได้มา ประจุบวกยิ่งไปกว่านั้น ยังลดศักยภาพของเมมเบรนด้วยการถ่ายโอนโปรตอนไปยังไมโตคอนเดรีย เช่นเดียวกับ "ตัวแยกส่วนอ่อน" อื่น ๆ ของการหายใจและฟอสโฟรีเลชั่นออกซิเดชัน

เพื่อศึกษาคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระของฟูลเลอรีน เราใช้ระบบการทดสอบอย่างรวดเร็วโดยอิงจากไบโอเซนเซอร์ของแบคทีเรียเรืองแสง ไบโอเซนเซอร์ใน กรณีนี้- แบคทีเรียดัดแปลงพันธุกรรมที่สามารถตรวจจับการเพิ่มขึ้นของ ROS ภายในเซลล์และ "ส่งสัญญาณ" ให้กับนักวิจัย เมื่อสร้างไบโอเซนเซอร์ในจีโนมของสายพันธุ์ Escherichia coli . ที่ไม่เป็นอันตราย Escherichia coliมีการแนะนำโครงสร้างประดิษฐ์ซึ่งประกอบด้วยยีนเรืองแสง (เรืองแสง) อยู่ภายใต้การควบคุมของจำเพาะ โปรโมเตอร์- องค์ประกอบด้านกฎระเบียบที่ "เปิด" ด้วยการเพิ่มขึ้นของสายพันธุ์ออกซิเจนที่เกิดปฏิกิริยาภายในเซลล์หรือภายใต้การกระทำของปัจจัยความเครียดอื่น ๆ - ตัวอย่างเช่นความเสียหายของดีเอ็นเอ มันคุ้มค่าที่จะเริ่มทำงานกับเซลล์ด้วยปัจจัยความเครียด - แบคทีเรียเริ่มเรืองแสงและระดับของการเรืองแสงนี้สามารถใช้เพื่อกำหนดระดับของความเสียหายด้วยความแม่นยำเพียงพอ

รูปที่ 5แบคทีเรียเรืองแสงบนจานเพาะเชื้อ ( ซ้าย) และหลักการทำงานของไบโอเซนเซอร์ ( ด้านขวา).

สายพันธุ์ดัดแปลงดังกล่าวกำลังได้รับการพัฒนาที่สถาบันวิจัยพันธุศาสตร์แห่งรัฐ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านพิษวิทยาทางพันธุกรรม เพื่อศึกษากลไกการออกฤทธิ์ของรังสีและความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน การทำงานของสารต้านอนุมูลอิสระ (โดยเฉพาะ SkQ1) ตลอดจนการค้นหาสายพันธุ์ใหม่ สารต้านอนุมูลอิสระที่มีแนวโน้มในหมู่สารที่สังเคราะห์โดยนักเคมี

ในกรณีของเรา การใช้แบบจำลองแบคทีเรียมีสาเหตุดังนี้: แบคทีเรียที่เป็นที่รู้จักกันดีนั้นเป็นของโปรคาริโอต และเซลล์ของพวกมันนั้นง่ายกว่าเซลล์ยูคาริโอต กระบวนการที่เกิดขึ้นในเยื่อหุ้มไมโทคอนเดรียของยูคาริโอตนั้นรับรู้ในโปรคาริโอตโดยตรงใน เยื่อหุ้มเซลล์; ในแง่นี้ แบคทีเรียคือ "ไมโตคอนเดรียของพวกมันเอง" (ความคล้ายคลึงกันอย่างน่าประหลาดใจของโครงสร้างของออร์แกเนลล์เหล่านี้กับแบคทีเรียแม้จะทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับสิ่งที่เรียกว่า ทฤษฎีกำเนิดทางชีวภาพยูคาริโอต) ดังนั้นสำหรับการศึกษากระบวนการที่เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียแบบจำลองดังกล่าวจึงค่อนข้างเหมาะสม

ผลลัพธ์แรกสุดแสดงให้เห็นว่าสารแขวนลอยที่เป็นน้ำของ C60 fullerene ที่บำบัดด้วยอัลตราซาวนด์เพื่อการละลายที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น เมื่อเพิ่มในการเพาะเลี้ยงไบโอเซนเซอร์ จะช่วยเพิ่มความต้านทานต่อความเสียหายของ DNA โดยชนิดของออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยา ระดับของความเสียหายดังกล่าวในการทดสอบต่ำกว่าในกลุ่มควบคุม 50-60%

นอกจากนี้ การลดลงของระดับการผลิตที่เกิดขึ้นเองของซูเปอร์ออกไซด์แอนไอออนเรดิคัลในเซลล์ของสายพันธุ์ SoxS-lux ถูกบันทึกเมื่อเติมสารแขวนลอย C 60 คุณลักษณะของสายพันธุ์นี้คือความสัมพันธ์ระหว่างระดับการเรืองแสงและปริมาณของซูเปอร์ออกไซด์แอนไอออนเรดิคัลอย่างแม่นยำ นี่คือผลกระทบที่ควรคาดหวังจากสารประกอบที่ทำหน้าที่ตามหลักการของ "soft uncouplers" - หากศักยภาพของทรานส์เมมเบรนลดลง ROS (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง superoxide) จะถูกผลิตในปริมาณที่น้อยลง

ผลลัพธ์ที่ได้แน่นอนคือขั้นต้นมากและงานยังดำเนินต่อไปซึ่งเป็นสาเหตุในคำบรรยาย ส่วนนี้และมีเครื่องหมายคำถาม เวลาจะบอกได้ว่าในที่สุดเราจะสามารถแทนที่ด้วยเครื่องหมายอัศเจรีย์ที่มั่นใจได้หรือไม่ สิ่งหนึ่งที่ชัดเจน - ในอนาคตอันใกล้นี้ ฟูลเลอรีนจะได้รับความสนใจจากทีมนักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาปัญหาความชราและการค้นหาอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ geroprotectors- สารที่ชะลอความแก่ และใครจะรู้ว่า "ลูกบอล" เล็ก ๆ เหล่านี้จะไม่กลายเป็นความหวังในการยืดอายุมนุษย์สั้น ๆ เช่นนี้?

งานนี้ดำเนินการในห้องปฏิบัติการทดลองการกลายพันธุ์และห้องปฏิบัติการของจุลินทรีย์อุตสาหกรรมของสถาบันวิจัยชีววิทยาแห่งมหาวิทยาลัยสหพันธ์ภาคใต้ตลอดจนในศูนย์วิทยาศาสตร์และการศึกษา "โครงสร้างนาโนมิติของสสาร" มหาวิทยาลัยเซาเทิร์นสหพันธ์ภายใต้ คำแนะนำของศาสตราจารย์ เอ.วี. โซลดาตอฟ ผลลัพธ์หลักของการสร้างแบบจำลองระบบ "ฟูลเลอรีน + โปรตอน" และผลกระทบทางชีวภาพได้อธิบายไว้ตามลำดับในงานต่อไปนี้:

1. Chistyakov V.A. , Smirnova Yu.O. , Prazdnova E.V. , Soldatov A.V. (2013). กลไกที่เป็นไปได้ของการกระทำของสารต้านอนุมูลอิสระ Fullerene C60 ไบโอเมด ความละเอียด อินเตอร์ 2013, 821498 และ
2. Prazdnova E.V. , Chistyakov V.A. , Smirnova Yu.O. , Soldatov A.V. , Alperovich I.G. (2013). กลไกที่เป็นไปได้ของการกระทำของสารต้านอนุมูลอิสระ Fullerene C60 ใน: II German-Russian Interdisciplinary Workshop "Nanodesign: Physics, Chemistry and Computer modeling". รอสตอฟ ออนดอน 2013, 23.

วรรณกรรม

1. Sokolov V. I. , Stankevich I. V. (1993). Fullerenes - คาร์บอนรูปแบบ allotropic ใหม่: โครงสร้าง, โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์และ คุณสมบัติทางเคมี. อุสเปคี คิมิยะ 62b, 455;
2. Buseck P.R. , Tsipursky S.J. , Hettich R. (1992). Fullerenes จากสภาพแวดล้อมทางธรณีวิทยา วิทยาศาสตร์ 257, 215–217; ;
3. Eye of the Planets: "Fullerene ค้นพบในอวกาศเป็นครั้งแรก";
4. Andrievsky G.V. , Klochkov V.K. , Derevyanchenko L.I. C60 ฟูลเลอรีนเป็นพิษหรือไม่? หรือสำหรับคำถาม: "นาโนเทคโนโลยีฟูลเลอรีนจะให้แสงใด - สีแดงหรือสีเขียว" . วารสารอิเล็กทรอนิกส์ "ยาทั้งหมดบนอินเทอร์เน็ต!";
5. Shirinkin S.V. , Churnosov M.I. , Andrievsky G.V. , Vasilchenko L.V. (2009). อนาคตสำหรับการใช้ฟูลเลอรีนเป็นสารต้านอนุมูลอิสระในการรักษาโรคหอบหืดในหลอดลม คลินิกเวชกรรม № 5 (2009), 56–58 ;
6. Baati T. , Bourasset F. , Gharb N. , และคณะ (2012). ชีวเคมี (มอสโก) 73, 1329–1342; และคณะ (2009). ลักษณะเฉพาะของสารต้านอนุมูลอิสระและฤทธิ์ป้องกันรังสีของโครงสร้างนาโนไฮเดรต C 60 fullerene ในหลอดทดลองและ ในร่างกาย. อนุมูลอิสระ. ไบโอล. เมดิ. 47, 786-793; ;
7. Xiao Y. , Wiesner M.R. (2012). การ ศึกษา ลักษณะ เฉพาะ ของ ความ ไม่ชอบ น้ํา ของ ผิว ของ อนุภาค นาโน ทาง วิศวกรรม เจ ฮาซาร์ด. เสื่อ. 215, 146-151; ;
8. Zavilgelsky G.B. , Kotova V.Y. , Manukhov I.V. (2007). การกระทำของ 1,1-dimethylhydrazine ต่อเซลล์แบคทีเรียถูกกำหนดโดยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ มุตตา. ความละเอียด 634, 172-176; ;
9. Prazdnova E.V. , Sevryukov A.V. , Novikova E.V. (2011). การตรวจจับน้ำมันดิบโดยใช้ไบโอเซนเซอร์ของแบคทีเรีย Lux การดำเนินการของมหาวิทยาลัย ภูมิภาคคอเคซัสเหนือ. วิทยาศาสตร์ธรรมชาติ № 4 (2011), 80–83; ;
10. Prazdnova E.V. , Chistyakov V.A. , Sazykina M.A. , Sazykin I.S. , Khatab Z.S. (2012). ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และความเป็นพิษต่อพันธุกรรมของรังสีอัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่น 300–400 นาโนเมตร การดำเนินการของมหาวิทยาลัย ภูมิภาคคอเคเซียนเหนือ วิทยาศาสตร์ธรรมชาติครั้งที่ 1 (2012), 85–87; ;
11. Chistyakov V.A. , Prazdnova E.V. , Gutnikova L.V. , Sazykina M.A. , Sazykin I.S. (2012). กิจกรรมกำจัดซูเปอร์ออกไซด์ของอนุพันธ์พลาสโตควิโนน - 10- (6'-พลาสโตควิโนนิล)เดซิลไตรฟีนิลฟอสโฟเนียม (SkQ1) ชีวเคมี 77, 932–935; ;
12. Oludina Yu.N. และคนอื่น ๆ (2013) การสังเคราะห์ฟีนอลที่ผ่านการดัดแปลง sterically ขัดขวางและการศึกษาความสามารถในการปกป้องดีเอ็นเอของแบคทีเรียจากความเสียหายจากรังสีอัลตราไวโอเลต B. Chemical Pharmaceutical Journal (ในสื่อ);
13. Kulaev I.S. (1998). ที่มาของเซลล์ยูคาริโอต วารสารการศึกษาโซรอสหมายเลข 5 (1998), 17–22. .

การค้นพบฟูลเลอรีน ซึ่งเป็นรูปแบบใหม่ของการดำรงอยู่ของหนึ่งในองค์ประกอบที่พบได้บ่อยที่สุดในโลก - คาร์บอน ได้รับการยอมรับว่าเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่น่าทึ่งที่สุดและ การค้นพบที่สำคัญในศาสตร์แห่งศตวรรษที่ 20 แม้จะมีความสามารถเฉพาะตัวที่รู้จักกันมายาวนานของอะตอมของคาร์บอนในการจับกับโครงสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อน มักจะแตกแขนงและมีขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นพื้นฐานของทั้งหมด เคมีอินทรีย์ความเป็นไปได้ที่แท้จริงของการก่อตัวของโมเลกุลเฟรมเวิร์กที่เสถียรจากคาร์บอนเพียงตัวเดียวยังคงกลายเป็นสิ่งที่ไม่คาดคิด การยืนยันการทดลองความจริงที่ว่าโมเลกุลประเภทนี้ซึ่งประกอบด้วยอะตอม 60 หรือมากกว่าสามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างกระบวนการที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในธรรมชาติซึ่งเกิดขึ้นในปี 1985 และก่อนหน้านั้นผู้เขียนบางคนสันนิษฐานถึงความเสถียรของโมเลกุลที่มีทรงกลมคาร์บอนปิด อย่างไรก็ตาม สมมติฐานเหล่านี้เป็นเพียงการเก็งกำไรเท่านั้น ทฤษฎี. ค่อนข้างยากที่จะจินตนาการว่าสารประกอบดังกล่าวสามารถได้มาจากการสังเคราะห์ทางเคมี ดังนั้นงานเหล่านี้จึงไม่มีใครสังเกตเห็นและให้ความสนใจกับพวกเขาในการเข้าใจถึงปัญหาหลังเหตุการณ์เท่านั้นหลังจากการค้นพบฟูลเลอรีนในการทดลอง ระยะใหม่เริ่มต้นขึ้นในปี 1990 เมื่อพบวิธีการเพื่อให้ได้สารประกอบใหม่ในปริมาณกรัม และวิธีการแยกฟูลเลอรีนใน รูปแบบบริสุทธิ์. ไม่นานหลังจากนั้นโครงสร้างที่สำคัญที่สุดและ ลักษณะทางกายภาพและทางเคมีฟูลเลอรีน C 60 - สารประกอบที่เกิดขึ้นง่ายที่สุดในบรรดาฟูลเลอรีนที่รู้จัก สำหรับการค้นพบของพวกเขา - การค้นพบกลุ่มคาร์บอนขององค์ประกอบ C 60 และ C 70 - R. Kerl, R. Smalley และ G. Kroto ในปี 1996 ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี พวกเขายังเสนอโครงสร้างของฟูลเลอรีน ซี 60 ซึ่งเป็นที่รู้จักของแฟนฟุตบอลทุกคน

อย่างที่คุณทราบ เปลือกของลูกฟุตบอลประกอบด้วย 12 รูปห้าเหลี่ยมและ 20 รูปหกเหลี่ยม ในทางทฤษฎี สามารถจัดเรียงพันธะคู่และพันธะเดี่ยวได้ 12,500 ครั้ง ไอโซเมอร์ที่เสถียรที่สุด (แสดงในรูป) มีโครงสร้างแบบไอโคซาเฮดรัลที่ถูกตัดทอนซึ่งไม่มีพันธะคู่ในห้าเหลี่ยม ไอโซเมอร์ของ C 60 นี้มีชื่อว่า "Buckminsterfullerene" เพื่อเป็นเกียรติแก่สถาปนิกชื่อดังชื่อ R. Buckminster Fuller ผู้สร้างโครงสร้าง โครงโดมซึ่งสร้างจากรูปห้าเหลี่ยมและรูปหกเหลี่ยม ในไม่ช้า ได้มีการเสนอโครงสร้างสำหรับ C 70 ซึ่งคล้ายกับลูกรักบี้ (ที่มีรูปร่างยาว)

ในเฟรมเวิร์กคาร์บอน อะตอม C มีลักษณะเฉพาะโดยการผสม sp 2 โดยอะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมถูกผูกมัดกับอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงสามอะตอม Valency 4 เกิดขึ้นได้จากพันธะ p ระหว่างอะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมกับเพื่อนบ้าน โดยธรรมชาติ สันนิษฐานว่า p-bond สามารถแยกส่วนออกได้ เช่นเดียวกับในสารประกอบอะโรมาติก โครงสร้างดังกล่าวสามารถสร้างขึ้นสำหรับ n≥20 สำหรับคลัสเตอร์ใดๆ ที่เป็นคู่ ต้องมีรูปห้าเหลี่ยม 12 รูปและ (n-20)/2 hexes ค่าต่ำสุดที่เป็นไปได้ตามทฤษฎี C 20 fullerenes ไม่มีอะไรมากไปกว่า dodecahedron - หนึ่งในห้า รูปทรงหลายเหลี่ยมปกติซึ่งมี 12 หน้าห้าเหลี่ยมและไม่มีหน้าหกเหลี่ยมเลย โมเลกุลของรูปร่างดังกล่าวจะมีโครงสร้างที่ตึงเครียดอย่างยิ่ง ดังนั้นการมีอยู่ของโมเลกุลดังกล่าวจึงไม่เอื้ออำนวยอย่างยิ่ง

ดังนั้นในแง่ของความมั่นคงฟูลเลอรีนสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท เส้นขอบระหว่างพวกเขาช่วยให้คุณวาดสิ่งที่เรียกว่า กฎของรูปห้าเหลี่ยมแยก (Isolated Pentagon Rule, IPR) กฎนี้ระบุว่าฟูลเลอรีนที่เสถียรที่สุดคือรูปห้าเหลี่ยมที่ไม่มีขอบอยู่ติดกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง รูปห้าเหลี่ยมไม่สัมผัสกัน และรูปห้าเหลี่ยมแต่ละรูปล้อมรอบด้วยห้าแฉก หากฟูลเลอรีนถูกจัดเรียงตามลำดับของการเพิ่มจำนวนอะตอมของคาร์บอน n ดังนั้น Buckminsterfullerene - C 60 จะเป็นตัวแทนคนแรกที่เป็นไปตามกฎของรูปห้าเหลี่ยมที่แยกได้ และ C 70 เป็นตัวที่สอง ในบรรดาโมเลกุลฟูลเลอรีนที่มี n>70 จะมีไอโซเมอร์อยู่ภายใต้ IPR เสมอ และจำนวนของไอโซเมอร์ดังกล่าวจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามจำนวนอะตอม พบ 5 ไอโซเมอร์สำหรับ C 78 , 24 สำหรับ C 84 และ 40 สำหรับ C 90 ไอโซเมอร์ที่มีรูปห้าเหลี่ยมที่อยู่ติดกันในโครงสร้างมีความเสถียรน้อยกว่ามาก

เคมีของฟูลเลอรีน

ในปัจจุบัน ส่วนสำคัญของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวข้องกับเคมีของฟูลเลอรีน สารประกอบใหม่มากกว่า 3,000 ชนิดถูกสังเคราะห์ขึ้นโดยอาศัยฟูลเลอรีน การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเคมีของฟูลเลอรีนนั้นสัมพันธ์กับลักษณะโครงสร้างของโมเลกุลนี้และการมีอยู่ จำนวนมากพันธะคอนจูเกตคู่บนทรงกลมคาร์บอนปิด การรวมกันของฟูลเลอรีนกับตัวแทนของสารหลายชนิดที่รู้จักได้เปิดโอกาสให้นักเคมีสังเคราะห์ได้รับอนุพันธ์จำนวนมากของสารประกอบนี้

ต่างจากเบนซีนซึ่งความยาวของพันธะ CC เท่ากัน ในพันธะฟูลเลอรีนที่มีลักษณะ "สองเท่า" มากกว่าและมีลักษณะ "เดี่ยว" มากกว่านั้น สามารถแยกแยะออกได้ และนักเคมีมักถือว่าฟูลเลอรีนเป็นระบบโพลิอีนที่ขาดอิเล็กตรอน และไม่ใช่เป็นโมเลกุลอะโรมาติก หากเราเปลี่ยนเป็น С60 ก็จะประกอบด้วยพันธะสองประเภท: พันธะที่สั้นกว่า (1.39 Å) วิ่งไปตามขอบทั่วไปของใบหน้าหกเหลี่ยมที่อยู่ใกล้เคียง และพันธะที่ยาวกว่า (1.45 Å) ซึ่งอยู่ตามขอบทั่วไปของใบหน้าห้าเหลี่ยมและหกเหลี่ยม ในเวลาเดียวกัน ทั้งที่มีสมาชิกหกหรือยิ่งไปกว่านั้น วงแหวนห้าส่วนก็ไม่แสดงคุณสมบัติของอะโรมาติกในแง่ที่พวกมันแสดงโดยเบนซีนหรือโมเลกุลคอนจูเกตระนาบอื่นๆ ที่เป็นไปตามกฎของฮุคเคล ดังนั้น โดยปกติแล้ว พันธะที่สั้นกว่าใน C 60 ถือเป็นสองเท่า ในขณะที่พันธะที่ยาวกว่าจะเป็นพันธะเดี่ยว หนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของฟูลเลอรีนคือพวกมันมีศูนย์ปฏิกิริยาเทียบเท่าจำนวนมากผิดปกติ ซึ่งมักจะนำไปสู่องค์ประกอบไอโซเมอร์ที่ซับซ้อนของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาด้วยการมีส่วนร่วม ด้วยเหตุนี้ ปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่กับฟูลเลอรีนจึงไม่ถูกคัดเลือก และการสังเคราะห์สารประกอบแต่ละชนิดจึงทำได้ยากมาก

ในบรรดาปฏิกิริยาเพื่อให้ได้อนุพันธ์ฟูลเลอรีนอนินทรีย์ สิ่งที่สำคัญที่สุดคือกระบวนการของฮาโลเจนและการผลิตอนุพันธ์ของฮาโลเจนที่ง่ายที่สุด เช่นเดียวกับปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน ดังนั้นปฏิกิริยาเหล่านี้จึงเป็นหนึ่งในปฏิกิริยาแรกที่เกิดขึ้นกับฟูลเลอรีน C 60 ในปี 1991 ให้เราพิจารณาประเภทหลักของปฏิกิริยาที่นำไปสู่การก่อตัวของสารประกอบเหล่านี้

ทันทีที่ค้นพบฟูลเลอรีน สนใจมากทำให้เกิดความเป็นไปได้ของการเติมไฮโดรเจนด้วยการก่อตัวของ "fullerans" ในขั้นต้น ดูเหมือนเป็นไปได้ที่จะเพิ่มไฮโดรเจนหกสิบอะตอมให้กับฟูลเลอรีน ต่อจากนั้นก็แสดงให้เห็นในงานทฤษฎีว่าในโมเลกุล C 60 H 60 อะตอมของไฮโดรเจนบางส่วนควรอยู่ภายในทรงกลมฟูลเลอรีนเนื่องจากวงแหวนหกส่วนเช่นโมเลกุลไซโคลเฮกเซนควรใช้รูปแบบ "เก้าอี้" หรือ "อาบน้ำ" . ดังนั้น โมเลกุล polyhydrofullerene ที่รู้จักในปัจจุบันจึงมีไฮโดรเจน 2 ถึง 36 อะตอมสำหรับ fullerene C 60 และ 2 ถึง 8 สำหรับ fullerene C 70

ในระหว่างการเรืองแสงของ fullerenes พบสารประกอบ C 60 F n ครบชุดโดยที่ n รับค่าที่สูงถึง 60 อนุพันธ์ของฟลูออรีนที่มี n ตั้งแต่ 50 ถึง 60 เรียกว่าเปอร์ฟลูออไรด์และถูกพบในผลิตภัณฑ์ฟลูออไรด์โดยแมสสเปกโทรสโกปี ในความเข้มข้นต่ำมาก นอกจากนี้ยังมีไฮเปอร์ฟลูออไรด์นั่นคือผลิตภัณฑ์ขององค์ประกอบ C 60 F n , n>60 ซึ่งกรงคาร์บอนฟูลเลอรีนถูกทำลายบางส่วน สันนิษฐานว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นในเพอร์ฟลูออไรด์ด้วย ปัญหาของการสังเคราะห์ฟูลเลอรีนฟลูออไรด์ขององค์ประกอบต่าง ๆ เป็นปัญหาที่น่าสนใจที่สุดโดยอิสระซึ่งมีการศึกษาอย่างแข็งขันที่สุดใน คณะเคมีมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก เอ็มวี โลโมโนซอฟ

การศึกษาเชิงรุกของกระบวนการคลอรีนของฟูลเลอรีนภายใต้สภาวะต่างๆ เริ่มขึ้นแล้วในปี 2534 ในงานแรก ผู้เขียนพยายามหา C 60 คลอไรด์โดยทำปฏิกิริยากับคลอรีนและฟูลเลอรีนในตัวทำละลายต่างๆ จนถึงปัจจุบัน ฟูลเลอรีนคลอไรด์แต่ละชนิด C 60 และ C 70 ที่ได้จากการใช้สารคลอรีนต่างๆ ได้ถูกแยกและแสดงลักษณะเฉพาะ

ความพยายามครั้งแรกในการทำโบรมีนฟูลเลอรีนเกิดขึ้นในปี 2534 ฟูลเลอรีน C 60 วางในโบรมีนบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิ 20 และ 50 o C เพิ่มมวลโดยค่าที่สอดคล้องกับการเติมโบรมีน 2-4 อะตอมต่อโมเลกุลฟูลเลอรีน การศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับโบรมิเนชันพบว่าการทำงานร่วมกันของ C 60 fullerene กับโมเลกุลโบรมีนเป็นเวลาหลายวันทำให้เกิดสารสีส้มสดใส ซึ่งองค์ประกอบตามที่กำหนดโดยการวิเคราะห์องค์ประกอบคือ C 60 Br 28 ต่อจากนั้นมีการสังเคราะห์อนุพันธ์โบรโมหลายตัวของฟูลเลอรีนซึ่งแตกต่างกันในค่าที่หลากหลายสำหรับจำนวนอะตอมโบรมีนในโมเลกุล หลายคนมีลักษณะเฉพาะโดยการก่อตัวของคลาเทรตที่มีโมเลกุลโบรมีนอิสระ

ความสนใจในอนุพันธ์ของเปอร์ฟลูออโรอัลคิล โดยเฉพาะอย่างยิ่งอนุพันธ์ไตรฟลูออโรเมทิลเลตของฟูลเลอรีน มีความสัมพันธ์อย่างสำคัญกับความเสถียรทางจลนศาสตร์ที่คาดหวังของสารประกอบเหล่านี้เมื่อเปรียบเทียบกับอนุพันธ์ของฮาโลเจนของฟูลเลอรีนที่มีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาการแทนที่นิวคลีโอฟิลิก SN 2' นอกจากนี้ เพอร์ฟลูออโรอัลคิลฟูลเลอรีนอาจเป็นสารประกอบที่มีสัมพรรคภาพกับอิเล็กตรอนสูงเนื่องจากคุณสมบัติของตัวรับของหมู่เปอร์ฟลูออโรอัลคิลที่แข็งแรงกว่าอะตอมฟลูออรีน จนถึงปัจจุบัน จำนวนของสารประกอบที่แยกได้และมีลักษณะเฉพาะขององค์ประกอบ C 60/70 (CF 3) n, n=2-20 เกิน 30 และกำลังดำเนินการอย่างเข้มข้นเพื่อแก้ไขทรงกลมฟูลเลอรีนโดยกลุ่มอื่นๆ ที่ประกอบด้วยฟลูออรีน - CF 2 , C 2 F 5 , C 3 F 7 .

การสร้างอนุพันธ์ฟูลเลอรีนที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ ซึ่งสามารถนำไปใช้ในทางชีววิทยาและการแพทย์ได้ มีความเกี่ยวข้องกับการให้คุณสมบัติที่ชอบน้ำแก่โมเลกุลฟูลเลอรีน วิธีการหนึ่งในการสังเคราะห์อนุพันธ์ฟูลเลอรีนที่ชอบน้ำคือการแนะนำกลุ่มไฮดรอกซิลและการก่อตัวของฟูลเลอรีนอลหรือฟูลเลอรอลที่มีกลุ่ม OH มากถึง 26 กลุ่ม และอาจเป็นสะพานออกซิเจนที่คล้ายกับที่พบในกรณีของออกไซด์ สารประกอบดังกล่าวสามารถละลายได้สูงในน้ำและสามารถนำไปใช้ในการสังเคราะห์อนุพันธ์ฟูลเลอรีนชนิดใหม่ได้

สำหรับฟูลเลอรีนออกไซด์ สารประกอบ C 60 O และ C 70 O มักมีอยู่ในส่วนผสมเริ่มต้นของฟูลเลอรีนในสารสกัดในปริมาณเล็กน้อย อาจมีออกซิเจนอยู่ในห้องระหว่างการปล่อยอาร์คไฟฟ้าและฟูลเลอรีนบางส่วนจะถูกออกซิไดซ์ ออกไซด์ของฟูลเลอรีนถูกแยกออกจากกันอย่างดีบนเสาที่มีตัวดูดซับต่างๆ ซึ่งทำให้สามารถควบคุมความบริสุทธิ์ของตัวอย่างฟูลเลอรีนและการขาดหรือมีอยู่ของออกไซด์ในตัวอย่างได้ อย่างไรก็ตาม ความคงตัวต่ำของฟูลเลอรีนออกไซด์เป็นอุปสรรคต่อการศึกษาอย่างเป็นระบบ

สิ่งที่สามารถสังเกตได้เกี่ยวกับเคมีอินทรีย์ของฟูลเลอรีนก็คือในฐานะที่เป็นโพลิอีนที่ขาดอิเล็กตรอน C 60 fullerene มีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยารุนแรง นิวคลีโอฟิลิก และไซโคลแอดดิชัน ปฏิกิริยาไซโคลแอดดิชันต่างๆ มีแนวโน้มที่ดีในแง่ของการทำงานของทรงกลมฟูลเลอรีน เนื่องจากลักษณะทางอิเล็กทรอนิกส์ C 60 สามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาα-cycloaddition และลักษณะส่วนใหญ่เป็นกรณีที่ n = 1, 2, 3 และ 4

ปัญหาหลักได้รับการแก้ไขโดยนักเคมีสังเคราะห์ที่ทำงานด้านการสังเคราะห์อนุพันธ์ฟูลเลอรีนยังคงเป็นการคัดเลือกของปฏิกิริยาที่ดำเนินการมาจนถึงทุกวันนี้ คุณสมบัติของสเตอริโอเคมีของการเติมฟูลเลอรีนประกอบด้วยไอโซเมอร์ที่เป็นไปได้ทางทฤษฎีจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น สารประกอบ C 60 X 2 มี 23 ตัว C 60 X 4 มี 4368 แล้ว ในจำนวนนี้ 8 เป็นผลิตภัณฑ์เพิ่มเติมที่พันธะคู่สองพันธะ อย่างไรก็ตาม ไอโซเมอร์ 29 C 60 X 4 จะไม่มีความหมายทางเคมี โดยมีสถานะกราวด์สามเท่าที่เกิดขึ้นจากการมีอยู่ของอะตอมคาร์บอนไฮบริด sp 2 ที่ล้อมรอบด้วยอะตอมไฮบริไดซ์ sp 3 สามตัวที่ก่อพันธะ C-X จำนวนสูงสุดของไอโซเมอร์ที่เป็นไปได้ในทางทฤษฎีโดยไม่คำนึงถึงหลายหลากของสถานะพื้นดินจะถูกสังเกตในกรณีของ C 60 X 30 และจะเป็น 985538239868524 (1294362 เป็นผลิตภัณฑ์เสริมที่พันธะคู่ 15 ครั้ง) ในขณะที่จำนวนที่ไม่ใช่ -singlet isomers ที่มีลักษณะเดียวกับในตัวอย่างข้างต้น ไม่ได้ให้การบัญชีอย่างง่าย แต่จากการพิจารณาทั่วไป มันควรเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตามการเติบโตของจำนวนกลุ่มในเครือ ไม่ว่าในกรณีใด จำนวนของไอโซเมอร์ที่ยอมรับได้ในทางทฤษฎีนั้นมีมากมายมหาศาล ในขณะที่ไปยัง C 70 ที่มีความสมมาตรน้อยกว่าและฟูลเลอรีนที่สูงกว่า ก็จะเพิ่มขึ้นหลายเท่าหรือตามลำดับความสำคัญ

อันที่จริง ข้อมูลจำนวนมากของการคำนวณทางเคมีควอนตัมแสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยาส่วนใหญ่ของฮาโลจิเนชันและไฮโดรจิเนชันของฟูลเลอรีนดำเนินไปกับการก่อตัว หากไม่ใช่ไอโซเมอร์ที่เสถียรที่สุด อย่างน้อยก็มีความแตกต่างจากพลังงานเล็กน้อยเล็กน้อย จะสังเกตเห็นความคลาดเคลื่อนมากที่สุดในกรณีของฟูลเลอรีนไฮไดรด์ที่ต่ำกว่า ซึ่งมีองค์ประกอบไอโซเมอร์ดังที่แสดงไว้ข้างต้น แม้จะขึ้นอยู่กับเส้นทางการสังเคราะห์เล็กน้อยก็ตาม อย่างไรก็ตาม ความคงตัวของไอโซเมอร์ที่เกิดขึ้นยังคงใกล้เคียงกันมาก การศึกษารูปแบบการเกิดอนุพันธ์ฟูลเลอรีนเหล่านี้คือ งานที่น่าสนใจการแก้ปัญหาซึ่งนำไปสู่ความสำเร็จใหม่ในด้านเคมีของฟูลเลอรีนและอนุพันธ์ของพวกมัน

มนุษย์ต้องปกป้องบ้านของเขาจากฝนและความหนาวเย็น สวนของคุณจากศัตรูพืช อากาศจากก๊าซไอเสีย น้ำจากสิ่งเจือปนจากอุตสาหกรรมที่เป็นอันตราย นั่นคือ บุคคลที่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมของเขา ต้องปกป้องสภาพแวดล้อมของเขาจากการสร้างมือของตัวเองจาก "ตัวเอง"

ใครจะช่วยคน? สวย?

ตามที่นักวิทยาศาสตร์มีบางอย่างที่สามารถทำให้การดำรงอยู่ของเราง่ายขึ้น

นี่คือความงามของโมเลกุลคาร์บอน polyatomic ที่เรียกว่า "fullerenes"

Fullerenes เป็นโมเลกุลที่ผิดปกติซึ่งมีรูปร่างเหมือนลูกฟุตบอล เช่นเดียวกับลูกบอล พวกมันกลวงอยู่ภายในและพวกเขาต้องการเรียกพวกมันว่า "ฟุตบอล" แต่เป็นไปไม่ได้ที่จะเล่นฟุตบอลกับฟูลเลอรีน เนื่องจากขนาดของมันคือ 1 นาโนเมตร นั่นคือหนึ่งในพันล้านของเมตร

Fullerenes เป็นการดัดแปลงคาร์บอนครั้งที่สี่ซึ่งไม่เคยรู้จักมาก่อน (สามอันดับแรกคือกราไฟต์, เพชร, คาร์บอน) มันถูกค้นพบในปี 1985 และค่อนข้างบังเอิญ นักเคมีและนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ Harold Kroto ศึกษาฝุ่นระหว่างดวงดาว เริ่มสนใจอนุภาคคาร์บอนที่มีอยู่ ประสบปัญหาในการวิเคราะห์ เขาหันไปขอความช่วยเหลือจากเพื่อนร่วมงานชาวอเมริกัน Robert Curl และ Richard Smalley ซึ่งเกี่ยวข้องกับการระเหยของสารโดยใช้เลเซอร์ ทั้งสามคนตั้งใจทำงาน การทำให้กราไฟต์กลายเป็นไอเพื่อผลิตอนุภาคที่พวกเขาต้องการ พวกเขาต้องประหลาดใจที่พบโมเลกุลคาร์บอนคล้ายลูกฟุตบอลที่ไม่รู้จักในสารตกค้าง Harold Kroto ผู้ริเริ่มเรื่องนี้ได้รับการเตือนถึงเปลือกของโมเลกุลใหม่โดยผลงานที่มีชื่อเสียงของสถาปนิกชาวอเมริกัน R.B. Fuller - โดม geodesic ของศาลาอเมริกันที่นิทรรศการโลก EXPO-67 Kroto แนะนำให้ตั้งชื่ออนุภาคใหม่ตามชื่อฟุลเลอร์ นี่คือลักษณะที่คำว่า "fullerenes" ปรากฏขึ้น

นักวิจัยได้ส่งรายงานการค้นพบของพวกเขาไปยังวารสาร Nature ทันที

การค้นพบโมเลกุลใหม่กระตุ้นความสนใจอย่างเหลือเชื่อในการวิจัยเพิ่มเติมของพวกมัน "ฟูลเลอรีนบูม" เกิดขึ้น ซึ่งนำไปสู่การสร้างนาโนเทคโนโลยี และด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา ในการพัฒนาวัสดุและสารประกอบที่ไม่เคยมีมาก่อนซึ่งมีไว้สำหรับสาขาวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี ยาและเภสัชวิทยาต่างๆ

ในปี 1996 R. Curl, H. Kroto, R. Smalley ได้รับการค้นพบฟูลเลอเรเนส รางวัลโนเบลในสาขาเคมี Fullerenes ทำการปฏิวัติอย่างแท้จริง! และถึงตอนนี้ผลลัพธ์จะสังเกตเห็นได้เฉพาะในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเท่านั้น แต่การปฏิวัติด้านการแพทย์ก็อยู่ไม่ไกลเกินเอื้อม

การปฏิวัติอยู่ในการก้าวกระโดดเชิงคุณภาพจากไมโคร... หนึ่งในล้านของหนึ่งเมตร ไปสู่ระดับนาโน... ซึ่งเป็นส่วนที่พันล้าน เรากำลังเปิดโอกาสที่จะได้รับสารใหม่โดยใช้นาโนเทคโนโลยี และแน่นอน การเกิดขึ้นของนาโนเมดิซีน ("นาโน" ในการแปลหมายถึง "คนแคระ") คุณอาจยังไม่พบคำว่า "nanomedicine" ในพจนานุกรม แต่อุตสาหกรรมนี้ได้ประกาศสิทธิ์ในการดำรงอยู่แล้ว

เล็กแต่แม่นยำ:

ให้เราพิจารณาคุณสมบัติของฟูลเลอรีนจากมุมมองของการประยุกต์ใช้ในยา

คุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดประการหนึ่งของสารเหล่านี้คือ สามารถสร้าง สารละลายน้ำ. ด้วยการรวมเอาฟูลเลอรีนที่เสถียรที่สุด (เรียกว่า C60) เข้าไว้ในโมเลกุลของน้ำ นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถสร้างสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำซึ่งคล้ายกับสภาพแวดล้อมในเซลล์ที่แข็งแรงของร่างกาย น้ำที่มีฟูลเลอรีนในตัวช่วยต่อต้านอนุมูลอิสระ กล่าวคือ เป็นสารต้านอนุมูลอิสระ อนุมูลอิสระเป็นสาเหตุของโรคต่างๆ โมเลกุลเหล่านี้ซึ่งก่อตัวขึ้นในร่างกายของเรา ทำลายโครโมโซมและนำไปสู่การแก่ของเซลล์ มะเร็ง และภูมิคุ้มกันลดลง พวกเขาถูกต่อต้านโดยสารต้านอนุมูลอิสระ - สารที่เป็นประโยชน์ที่รวมกับอนุมูลอิสระและป้องกันผลการทำลายล้าง

สารต้านอนุมูลอิสระทั่วไปเป็นสารแบบใช้ครั้งเดียวทิ้ง สมมติว่าโมเลกุลวิตามินเมื่อรวมกับอนุมูลอิสระจะเกิดสารประกอบที่ไม่เป็นอันตรายและไม่อยู่ในเกม หนึ่งโมเลกุลต่อรากศัพท์? ไม่มาก! และฟูลเลอรีนบอลจะมีอายุการใช้งานยาวนาน โดยจะคงอยู่ในเกมตลอดเวลา โดยมีคุณสมบัติมหัศจรรย์ในการดึงดูดอนุมูลอิสระเข้าสู่ตัวมันเอง นอกจากนี้ อนุมูล "ที่เกาะติด" ดังกล่าวจะรวมตัวกันและก่อให้เกิดสารที่ไม่เป็นอันตราย เนื่องจากการมีอยู่ของฟูลเลอรีน กระบวนการนี้จึงถูกเร่งอย่างเหลือเชื่อ จากนั้นอนุมูลที่โชคร้ายจะถูกกำจัดออกไปเป็นกลุ่มๆ สารละลายฟูลเลอรีนมีประสิทธิภาพมากกว่าสารต้านอนุมูลอิสระทั่วไปหลายเท่า ในขณะเดียวกัน นักวิจัยกล่าวว่าฟูลเลอรีนไม่ใช่ยาในความหมายปกติของคำ เนื่องจากยาช่วยรักษาโรคบางชนิด และสารละลายฟูลเลอรีนออกฤทธิ์กว้างกว่ามากในปริมาตรของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด

ยาที่มีคำนำหน้า "นาโน"

ความเป็นไปได้ของนาโนบอลเหล่านี้จะไม่มีวันหมดสิ้นจริง ๆ และไม่ได้จำกัดอยู่แค่การต่อต้านอนุมูลอิสระเท่านั้น ฟูลเลอรีนสามารถสร้างสารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพทั้งชุด การเติมสารรักษาฟูลเลอรีนให้เต็มช่องคุณสามารถขับลูกบอลนี้ราวกับว่าเข้าไปในกระเป๋าไปยังจุดที่ต้องการ ฟูลเลอรีนดังกล่าวที่เรียกกันติดตลกว่ายัดไส้ สามารถใช้ส่งยาปฏิชีวนะ วิตามิน และฮอร์โมนไปยังเซลล์ที่เป็นโรคได้ มีการทำงานหนักโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการสร้างการเตรียมฟูลเลอรีนสำหรับการรักษาโรคสมอง เป็นครั้งแรกในโลกที่มีการสังเคราะห์สารต้านอนุมูลอิสระฟูลเลอรีนสำหรับการรักษาเซลล์สมองที่เสียหายที่มหาวิทยาลัยเทลอาวีฟ การใช้งานได้ให้ผลลัพธ์ในเชิงบวกในการทดลองกับสัตว์ คาดว่าจะมีการพัฒนาเทคนิคนี้สำหรับการรักษาโรคปลอกประสาทเสื่อมแข็งและโรคอัลไซเมอร์เพิ่มเติม กำลังดำเนินการทดลองกับฟูลเลอรีนเพื่อส่งยาผ่านผิวหนังโดยไม่ต้องใช้ยาฉีด มีการพัฒนาวิธีการเพื่อทำลายจีโนมของไวรัสที่แทรกซึมเข้าไปในเซลล์ที่มีชีวิตโดยฟูลเลอรีนที่มีอำนาจทุกอย่าง สัญญาว่าจะใช้ฟูลเลอรีนเป็นยาแก้พิษ กินต่อได้ยาวๆ...ทั่วโลก มีการวิจัยยาฟูลเลอรีนต้านมะเร็ง และผลลัพธ์ก็น่ายินดี!

น่าเสียดายที่ Richard Smalley หนึ่งในผู้ค้นพบของพวกเขาไม่ได้มีชีวิตอยู่จนถึงชัยชนะครั้งสุดท้ายของนาโนบอลที่ให้ชีวิต เขาเสียชีวิตในปี 2548

การวิจัยเกี่ยวกับการรักษาการก่อตัวของคาร์บอนยังคงดำเนินต่อไป แม้ว่าจะยังไม่ผ่านพ้นห้องทดลองก็ตาม

หินชนวนและฟูลเลอรีน:

การค้นพบที่โดดเด่นมักเป็นตำนานในตอนแรก และดูเหมือนว่าสิ่งมหัศจรรย์จะทำได้

ในรัสเซีย "ไข้ฟูลเลอรีน" เริ่มขึ้นในช่วงปลายยุค 90 ของศตวรรษที่ผ่านมา มันเกี่ยวข้องกับหินดินดานคาร์บอน - shungite ซึ่งมีการค้นพบเงินฝากใน Karelia

ตามรุ่นหนึ่งนักธรณีวิทยาโซเวียต S. Tsipursky เมื่อเรียนรู้เกี่ยวกับการค้นพบฟูลเลอรีนได้ส่งมอบ shungite ซึ่งเขานำมาจาก Karelia ไปยังห้องปฏิบัติการของมหาวิทยาลัยแอริโซนาในอเมริกาเพื่อทำการวิจัย ผลการศึกษานี้ดำเนินการโดยมีส่วนร่วมของ Tsipursky เองถูกตีพิมพ์ในบทความใน วารสารวิทยาศาสตร์ในปี 1992 มันบอกว่าพบฟูลเลอรีนจำนวนเล็กน้อยในชุนไคต์ มันกลายเป็นความรู้สึกที่ก่อให้เกิดการวิจัยเพิ่มเติมของ shungite เพื่อวัตถุประสงค์ในทางการแพทย์

อย่างไรก็ตาม มีตำนานเกี่ยวกับคุณสมบัติการรักษาของ shungite มานานแล้ว หินชนวนสีดำอันน่าสยดสยองนี้ถูกเรียกว่าหินชนวนในสมัยก่อน จากนั้นจึงได้ชื่อ "ชุงไกต์" - จากหมู่บ้านคาเรเลียนแห่งชุงกะ ซึ่งมีน้ำพุที่มีน้ำบำบัดไหลผ่านตะกอนของหินก้อนนี้ คนชราในท้องที่เคยพูดว่า shungite สามารถรักษาแผลเป็นร้อยได้ ตามตำนานเล่าว่า โบยาร์ เซเนีย โรมาโนวา ซึ่งถูกเนรเทศไปยังส่วนเหล่านี้โดยบอริส โกดูนอฟ หายจากโรคภัยไข้เจ็บมากมายที่นี่ เป็นมารดาของซาร์ Mikhail Fedorovich ชาวรัสเซียคนแรกของรัสเซีย เพื่อระลึกถึงเธอ น้ำพุมหัศจรรย์จึงถูกตั้งชื่อว่า "ซาเรวิช คีย์" อย่างไรก็ตาม หลังจากปล่อย Ksenia พวกเขาลืมเขาไป Ksenia Romanova เป็นปู่ย่าตายายของ Peter the Great และอาจเป็นตำนานของครอบครัวเกี่ยวกับคุณสมบัติการรักษาของหินชนวนถึงเขา บางทีหินก็มีคุณสมบัติในการฆ่าเชื้อโรคด้วย ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง แต่มีหลักฐานว่าปีเตอร์สั่งให้เก็บหินชนวนไว้ในกระเป๋าเป้ของทหารแล้วหย่อนลงในหม้อน้ำ "เพื่อรักษาความแข็งแรงของท้องของเขา" เห็นได้ชัดว่า "ป้อมปราการหน้าท้อง" ไม่สามารถรักษาได้โดยทหารของกองทัพสวีเดนที่พ่ายแพ้ใน การต่อสู้ของ Poltava: ในฤดูร้อนปี ค.ศ. 1709 พวกเขาพ่ายแพ้ต่อการแพร่ระบาดของโรคบิดในขณะนั้น

หิน Shungite ใช้ในการก่อสร้างและโลหะวิทยา และเมื่อเร็ว ๆ นี้ shungite ได้ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในตัวกรองการทำน้ำให้บริสุทธิ์

ในปี 2546 นั่นคือสิบปีหลังจากการตีพิมพ์ครั้งแรกที่น่าตื่นเต้น บทความได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร American Geological Society ซึ่งรายงานว่าการตรวจสอบอย่างละเอียดไม่ได้ยืนยันว่ามีฟูลเลอรีนในชุนไคต์ นอกจากนี้ แม้ว่าจะอยู่ที่นั่น ผลการรักษาจะไม่ถูกสร้างขึ้นโดยตัวหินเอง แต่เกิดจากสารละลายที่เป็นน้ำ

อิเล็กทรอนิกส์อินทรีย์:

นักวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีจากผลการวิจัยของสถาบันเทคโนโลยีแห่งจอร์เจียได้สร้างเมทริกซ์ของทรานซิสเตอร์แบบ field-effect ความเร็วสูงโดยใช้ C60 fullerenes

ศาสตราจารย์ Bernard Kippelen ตั้งข้อสังเกตว่าสารกึ่งตัวนำอินทรีย์เป็นวัสดุใหม่ ทันสมัย ​​และมีแนวโน้มสูงในนาโนอิเล็กทรอนิกส์

ขอบเขตของนาโนอิเล็กทรอนิกส์ออร์แกนิกมีขนาดใหญ่มาก ตั้งแต่จอแสดงผลและป้ายโฆษณาอิเล็กทรอนิกส์แบบแอกทีฟไปจนถึงแท็ก RFID และคอมพิวเตอร์ที่ยืดหยุ่นได้

นาโนคอสเมติกส์: เซลล์ความงาม:

ยังคงมีการสำรวจนาโนเทคโนโลยี แต่มีผลิตภัณฑ์ความงามทั้งหมดที่ใช้คุณสมบัติอันยอดเยี่ยมของฟูลเลอรีน บนบรรจุภัณฑ์ของผลิตภัณฑ์ดังกล่าว พวกเขามักจะเขียนว่า: "ประกอบด้วย fullerenes" หรือ "ประกอบด้วย C60" (ซึ่งเป็นโมเลกุลที่เสถียรที่สุดจากกลุ่มนี้) ผู้ผลิตอ้างว่าครีมที่มีฟูลเลอรีนช่วยปรับปรุงสภาพของผิวผู้ใหญ่ได้อย่างมาก ชะลอกระบวนการชราภาพ และรักษาความยืดหยุ่นและความสดของใบหน้า

อยู่ในความดูแล:

นาโนเมดิซีนเป็นแนวทางใหม่ในการต่อสู้กับโรคภัยไข้เจ็บ และแม้ว่าความคิดและโครงการของเธอจะยังอยู่ในขั้นตอนของการวิจัยในห้องปฏิบัติการ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าอนาคตเป็นของนาโนเมดิซีน