چشم انداز استفاده از فولرن C60 در پزشکی. ساختار و خواص فیزیکی فولرن - С60. اشکال آلوتروپیک شناخته شده کربن

فولرن ها ترکیبات مولکولی متعلق به کلاس تغییرات آلوتروپیک کربن هستند که دارای ساختارهای قاب بسته متشکل از سه اتم کربن هماهنگ و دارای 12 وجه پنج ضلعی و (n/2 - 10) شش ضلعی (n≥20) هستند. ویژگی این است که هر پنج ضلعی فقط با شش ضلعی مجاور است.

پایدارترین شکل C60 (باکمینسترفولرن) است که ساختار توخالی کروی آن از 20 شش ضلعی و 12 پنج ضلعی تشکیل شده است.

شکل 1. ساختار C 60

مولکول C 60 اتم های کربن است که توسط یک پیوند کووالانسی به یکدیگر متصل شده اند. این ارتباط به دلیل اجتماعی شدن الکترون های ظرفیت اتم هاست. طول پیوند C-C در پنج ضلعی 1.43 Ǻ است، همانطور که طول ضلع شش ضلعی که هر دو شکل را به هم متصل می کند، با این حال، ضلعی که شش ضلعی ها را به هم وصل می کند تقریباً 1.39 Ǻ است.

تحت شرایط خاص، مولکول های C 60 تمایل دارند در فضا مرتب شوند، آنها در گره های شبکه کریستالی قرار دارند، به عبارت دیگر، فولرن بلوری به نام فولریت را تشکیل می دهد. برای اینکه مولکول های C 60 مانند اتم هایشان به طور سیستماتیک در فضا قرار گیرند، باید به یکدیگر متصل شوند. این پیوند بین مولکول ها در یک کریستال به دلیل وجود نیروی ضعیف واندروالس است. این پدیده با این واقعیت توضیح داده می شود که در یک مولکول الکتریکی خنثی، بار منفی الکترون ها و بار مثبت هسته در فضا پراکنده می شوند، در نتیجه مولکول ها می توانند یکدیگر را قطبی کنند، به عبارت دیگر، آنها منجر به جابجایی در فضا مراکز بارهای مثبت و منفی می شود که باعث تعامل آنها می شود.

جامد C 60 در دمای اتاق دارای یک شبکه مکعبی رو به مرکز است که چگالی آن 1.68 گرم بر سانتی متر مکعب است. در دمای کمتر از 0 درجه سانتیگراد، تبدیل به یک شبکه مکعبی رخ می دهد.

آنتالپی تشکیل فولرن 60 حدود 42.5 کیلوژول بر مول است. این شاخص پایداری پایین آن را در مقایسه با گرافیت (0 کیلوژول بر مول) و الماس (67/1 کیلوژول بر مول) نشان می دهد. شایان ذکر است که با افزایش اندازه کره (با افزایش تعداد اتم های کربن)، آنتالپی تشکیل به طور مجانبی به آنتالپی گرافیت تمایل دارد، این به این دلیل است که کره بیشتر و بیشتر شبیه یک صفحه است.

از نظر خارجی، فولرن ها پودرهای ریز کریستالی سیاه رنگ و بی بو هستند. آنها عملاً در آب (H2O)، اتانول (C2H5OH)، استون (C3H6O) و دیگر حلال های قطبی نامحلول هستند، اما در بنزن (C6H6)، تولوئن (C6H5) - CH 3)، فنیل کلرید (C 6 H 5 Cl) حل می شوند و محلول های رنگی قرمز-بنفش را تشکیل می دهند. لازم به ذکر است که وقتی یک قطره استایرن (C 8 H 8 ) به محلول اشباع C 60 در دی اکسان (C 4 H 8 O 2 ) اضافه می شود ، تغییر فوری در رنگ محلول از زرد ایجاد می شود. قهوه ای تا قرمز بنفش، به دلیل تشکیل کمپلکس (محلول).

در محلول های اشباع حلال های معطر، فولرن ها در دماهای پایین رسوب تشکیل می دهند - یک حلال کریستالی به شکل C 60 Xn، که در آن X بنزن (C 6 H 6)، تولوئن (C 6 H 5 - CH 3)، استایرن (C) است. 8 H 8)، فروسن (Fe(C 5 H 5) 2) و سایر مولکول ها.

آنتالپی انحلال فولرن در اکثر حلال ها مثبت است؛ با افزایش دما، حلالیت، به عنوان یک قاعده، بدتر می شود.

مطالعه خواص فیزیکی و شیمیایی فولرن یک پدیده موضعی است، زیرا این ترکیب در حال تبدیل شدن به بخشی جدایی ناپذیر از زندگی ما است. در حال حاضر، ایده های استفاده از فولرن ها در ایجاد آشکارسازهای نوری و دستگاه های نوری، کاتالیزورهای رشد، فیلم های الماس و الماس مانند، مواد ابررسانا و همچنین به عنوان رنگ برای دستگاه های کپی مورد بحث قرار گرفته است. فولرن ها در سنتز فلزات و آلیاژها با خواص بهبود یافته استفاده می شوند.

قرار است از فولرن ها به عنوان پایه ای برای تولید باتری های ذخیره سازی استفاده شود. اصل کار این باتری ها بر اساس واکنش هیدروژناسیون است، آنها از بسیاری جهات شبیه باتری های رایج مبتنی بر نیکل هستند، با این حال، بر خلاف دومی، آنها توانایی ذخیره چندین برابر مقدار خاصی از هیدروژن را دارند. علاوه بر این، این باتری ها در مقایسه با پیشرفته ترین باتری های لیتیومی از نظر این کیفیت ها، کارایی، وزن سبک و ایمنی محیطی و بهداشتی بالاتری دارند. باتری های فولرن را می توان به طور گسترده برای تامین انرژی کامپیوترهای شخصی و سمعک استفاده کرد.

توجه قابل توجهی به مشکل استفاده از فولرن ها در پزشکی و فارماکولوژی می شود. ایده ایجاد داروهای ضد سرطان بر اساس ترکیبات اندوهدرال محلول در آب فولرن ها با ایزوتوپ های رادیواکتیو در حال بررسی است.

با این حال، استفاده از فولرن ها به دلیل هزینه بالای آنها محدود می شود، که به دلیل سختی سنتز یک مخلوط فولرن و همچنین جداسازی چند مرحله ای اجزای جداگانه از آن است.

فولرن C 60

فولرن C 540

فولرن ها, باکی بالیا باکی بال- ترکیبات مولکولی متعلق به کلاس اشکال آلوتروپیک کربن (سایر اشکال الماس، کاربین و گرافیت) و نمایانگر چند وجهی محدب بسته هستند که از تعداد زوجی از اتم های کربن سه هماهنگ تشکیل شده است. این اتصالات نام خود را مدیون مهندس و طراح ریچارد باکمینستر فولر است که ساختارهای ژئودتیکی او بر اساس این اصل ساخته شده است. در ابتدا، این دسته از اتصالات محدود به سازه هایی بود که فقط شامل وجه های پنج ضلعی و شش ضلعی بودند. توجه داشته باشید که برای وجود چنین چند وجهی بسته ساخته شده از nرئوس هایی که طبق قضیه اویلر برای چند وجهی، که اعتبار برابری را تأیید می کند، فقط وجه های پنج ضلعی و شش ضلعی را تشکیل می دهند. | n | − | ه | + | f | = 2 (کجا | n | , | ه| و | f| به ترتیب تعداد رئوس، لبه ها و وجه ها) شرط لازم وجود دقیقاً 12 وجه پنج ضلعی و n/ 2 − 10 وجه شش ضلعی. اگر مولکول فولرن علاوه بر اتم‌های کربن شامل اتم‌های سایر عناصر شیمیایی نیز باشد، اگر اتم‌های عناصر شیمیایی دیگر در داخل قفس کربن قرار داشته باشند، چنین فولرن‌هایی درون ودرال نامیده می‌شوند، اگر خارج از آن - اگزوهدرال باشند.

تاریخچه کشف فولرن

خواص ساختاری فولرن ها

در مولکول های فولرن، اتم های کربن در راس شش ضلعی ها و پنج ضلعی های منظم قرار دارند که سطح یک کره یا بیضی را تشکیل می دهند. متقارن ترین و کاملاً مطالعه شده ترین نماینده خانواده فولرن، فولرن (C 60) است که در آن اتم های کربن یک ایکوساهدر کوتاهی را تشکیل می دهند که از 20 شش ضلعی و 12 پنج ضلعی تشکیل شده و شبیه به یک توپ فوتبال است. از آنجایی که هر اتم کربن C 60 فولرن به طور همزمان به دو شش ضلعی و یک پنج ضلعی تعلق دارد، همه اتم های C 60 معادل هستند، که توسط طیف تشدید مغناطیسی هسته ای (NMR) ایزوتوپ 13 C تأیید می شود - فقط یک خط دارد. با این حال، تمام پیوندهای C-C طول یکسانی ندارند. پیوند C=C که یک ضلع مشترک برای دو شش ضلعی است، 1.39 Å و پیوند C-C که برای شش ضلعی و یک پنج ضلعی مشترک است، طولانی تر و برابر با 1.44 Å است. علاوه بر این، پیوند نوع اول دوتایی است و دومی تک است که برای شیمی فولرن C60 ضروری است.

متداول بعدی فولرن C 70 است که با قرار دادن یک کمربند 10 اتمی کربن در ناحیه استوایی C 60 با فولرن C 60 متفاوت است که در نتیجه مولکول C 70 کشیده شده و شبیه توپ راگبی است. شکل.

به اصطلاح فولرن های بالاتر حاوی تعداد بیشتری اتم کربن (تا 400) در مقادیر بسیار کمتری تشکیل می شوند و اغلب ترکیب ایزومری نسبتاً پیچیده ای دارند. در میان فولرن های بالاتر مورد مطالعه، می توان C را مشخص کرد n , n= 74، 76، 78، 80، 82 و 84.

سنتز فولرن ها

اولین فولرن ها از بخارات متراکم گرافیت به دست آمده با تابش لیزر نمونه های گرافیت جامد جدا شدند. در واقع آنها آثاری از ماده بودند. گام مهم بعدی در سال 1990 توسط W. Kretchmer، Lamb، D. Huffman و دیگران برداشته شد، که روشی را برای بدست آوردن مقادیر گرمی فولرن با سوزاندن الکترودهای گرافیتی در یک قوس الکتریکی در اتمسفر هلیوم در فشارهای پایین ایجاد کردند. . در فرآیند فرسایش آند، دوده حاوی مقدار مشخصی فولرن روی دیواره‌های محفظه می‌نشیند. متعاقباً، امکان انتخاب پارامترهای بهینه تبخیر الکترود (فشار، ترکیب جوی، جریان، قطر الکترود) وجود داشت که در آن بیشترین بازده فولرن به دست می‌آید، به طور متوسط ​​3 تا 12 درصد از ماده آند، که در نهایت میزان بالا را تعیین می‌کند. هزینه فولرن

در ابتدا، تمام تلاش‌های آزمایش‌کنندگان برای یافتن راه‌های ارزان‌تر و پربازده‌تر برای به دست آوردن مقادیر گرمی فولرن (احتراق هیدروکربن‌ها در شعله، سنتز شیمیایی، و غیره) به موفقیت منجر نشد و روش «قوس» پربازده‌ترین روش باقی ماند. برای مدت طولانی (بازده حدود 1 گرم در ساعت است). متعاقباً، میتسوبیشی با سوزاندن هیدروکربن‌ها موفق به تولید صنعتی فولرن‌ها شد، اما این گونه فولرن‌ها حاوی اکسیژن هستند و بنابراین روش قوس همچنان تنها روش مناسب برای به دست آوردن فولرن‌های خالص است.

مکانیسم تشکیل فولرن در قوس هنوز نامشخص است، زیرا فرآیندهای رخ داده در ناحیه سوزاندن قوس از نظر ترمودینامیکی ناپایدار هستند، که تا حد زیادی بررسی نظری آنها را پیچیده می‌کند. تنها ثابت شد که فولرن از اتم‌های کربن منفرد (یا قطعات C2) جمع‌آوری می‌شود. برای اثبات، از گرافیت 13 C بسیار خالص به عنوان الکترود آند استفاده شد، الکترود دیگر از گرافیت 12 C معمولی ساخته شد. سطح فولرن این نشان دهنده فروپاشی ماده گرافیت به اتم های منفرد یا قطعات سطح اتمی و مونتاژ بعدی آنها در یک مولکول فولرن است. این شرایط باعث شد تا تصویر بصری تشکیل فولرن ها در نتیجه تا شدن لایه های گرافیت اتمی به کره های بسته کنار گذاشته شود.

افزایش نسبتاً سریع تعداد کل تأسیسات برای تولید فولرن ها و کار مداوم برای بهبود روش های تصفیه آنها منجر به کاهش قابل توجه هزینه C 60 در 17 سال گذشته - از 10000 دلار به 10-15 دلار شده است. در هر گرم، که آنها را به مرز استفاده صنعتی واقعی خود رساند.

متأسفانه علیرغم بهینه سازی روش هافمن-کرچمر (HK)، نمی توان بازده فولرن ها را بیش از 20-10 درصد از کل جرم گرافیت سوخته افزایش داد. با توجه به هزینه نسبتاً بالای محصول اولیه، گرافیت، مشخص می شود که این روش دارای محدودیت های اساسی است. بسیاری از محققان بر این باورند که کاهش هزینه فولرن های بدست آمده با روش XC به زیر چند دلار در گرم امکان پذیر نخواهد بود. از این رو، تلاش تعدادی از گروه های تحقیقاتی در جهت یافتن روش های جایگزین برای به دست آوردن فولرن ها است. بیشترین موفقیت در این زمینه توسط شرکت میتسوبیشی به دست آمد که همانطور که در بالا ذکر شد با سوزاندن هیدروکربن ها در شعله موفق به ایجاد تولید صنعتی فولرن ها شد. هزینه چنین فولرن هایی حدود 5 دلار در گرم (2005) است که بر هزینه فولرن های قوس الکتریکی تأثیری نداشت.

لازم به ذکر است که هزینه بالای فولرن ها نه تنها به دلیل عملکرد کم آنها در طی احتراق گرافیت، بلکه به دلیل دشواری جداسازی، خالص سازی و جداسازی فولرن های توده های مختلف از کربن سیاه است. روش معمول به شرح زیر است: دوده به دست آمده از سوزاندن گرافیت با تولوئن یا یک حلال آلی دیگر (قابلیت حل موثر فولرن ها) مخلوط می شود، سپس مخلوط فیلتر یا سانتریفیوژ می شود و محلول باقی مانده تبخیر می شود. پس از حذف حلال، یک رسوب کریستالی ریز تیره باقی می ماند - مخلوطی از فولرن ها که معمولاً فولریت نامیده می شود. ترکیب فولریت شامل تشکیلات کریستالی مختلفی است: کریستال های کوچک مولکول های C 60 و C 70 و کریستال های C 60 / C 70 محلول های جامد هستند. علاوه بر این، فولریت همیشه حاوی مقدار کمی از فولرن های بالاتر (تا 3٪) است. جداسازی مخلوط فولرن ها به بخش های مولکولی منفرد با استفاده از کروماتوگرافی مایع روی ستون ها و کروماتوگرافی مایع با فشار بالا (HPLC) انجام می شود. مورد دوم عمدتاً برای تجزیه و تحلیل خلوص فولرن های جدا شده استفاده می شود، زیرا حساسیت تحلیلی روش HPLC بسیار بالا است (تا 0.01٪). در نهایت آخرین مرحله حذف بقایای حلال از نمونه جامد فولرن است. با نگهداری نمونه در دمای 150-250 درجه سانتیگراد در خلاء دینامیکی (حدود 0.1 Torr) انجام می شود.

خواص فیزیکی و ارزش کاربردی فولرن ها

فولریت ها

سیستم های متراکم متشکل از مولکول های فولرن را فولریت می گویند. سیستم مورد مطالعه از این نوع کریستال C 60 است، کمتر - سیستم کریستالی C 70. مطالعات کریستال‌های فولرن‌های بالاتر به دلیل پیچیدگی آماده‌سازی آنها مختل شده است. اتم های کربن در یک مولکول فولرن با پیوند σ- و π- پیوند دارند، در حالی که هیچ پیوند شیمیایی (به معنای معمول کلمه) بین مولکول های فولرن منفرد در یک کریستال وجود ندارد. بنابراین، در یک سیستم متراکم، مولکول‌های منفرد فردیت خود را حفظ می‌کنند (که هنگام در نظر گرفتن ساختار الکترونیکی کریستال مهم است). مولکول ها توسط نیروهای واندروالس در کریستال نگه داشته می شوند که تا حد زیادی خواص ماکروسکوپی جامد C 60 را تعیین می کند.

در دمای اتاق، کریستال C 60 دارای یک شبکه مکعبی (fcc) رو به مرکز با ثابت 1.415 نانومتر است، اما با کاهش دما، انتقال فاز مرتبه اول رخ می دهد (Tcr ≈260 K) و کریستال C 60 تغییر می کند. ساختار آن به یک مکعب ساده (ثابت شبکه 1.411 نانومتر) است. در دمای T > Tcr، مولکول‌های C60 به‌طور تصادفی حول مرکز تعادل خود می‌چرخند و هنگامی که به دمای بحرانی می‌رسد، دو محور چرخش منجمد می‌شوند. انجماد کامل چرخش ها در 165 کلوین رخ می دهد. ساختار کریستالی C 70 در دماهای مرتبه دمای اتاق با جزئیات در کار مورد مطالعه قرار گرفت. همانطور که از نتایج این کار بر می آید، کریستال هایی از این نوع دارای یک شبکه بدنه محور (bcc) با مخلوط کوچکی از فاز شش ضلعی هستند.

خواص نوری غیرخطی فولرن ها

تجزیه و تحلیل ساختار الکترونیکی فولرن ها وجود سیستم های π-الکترون را نشان می دهد که مقادیر زیادی از حساسیت غیرخطی برای آنها وجود دارد. فولرن ها در واقع خواص نوری غیرخطی دارند. با این حال، به دلیل تقارن بالای مولکول C 60، تولید هارمونیک دوم تنها زمانی امکان پذیر است که عدم تقارن به سیستم وارد شود (به عنوان مثال، توسط یک میدان الکتریکی خارجی). از نقطه نظر عملی، سرعت بالا (~250 ps) که سرکوب نسل دوم هارمونیک را تعیین می کند، جذاب است. علاوه بر این، فولرن های C 60 نیز قادر به تولید هارمونیک سوم هستند.

یکی دیگر از زمینه های احتمالی برای استفاده از فولرن ها و اول از همه C 60 کرکره های نوری است. امکان استفاده از این ماده برای طول موج 532 نانومتر به صورت تجربی نشان داده شده است. زمان پاسخ کوتاه امکان استفاده از فولرن ها را به عنوان محدود کننده تابش لیزر و سوئیچ کیو فراهم می کند. با این حال، به دلایل متعدد، رقابت فولرن ها در اینجا با مواد سنتی دشوار است. هزینه بالا، مشکلات در پراکندگی فولرن ها در شیشه ها، توانایی اکسید شدن سریع در هوا، ضرایب غیرقابل ثبت حساسیت غیرخطی و آستانه بالا برای محدود کردن تشعشعات نوری (مناسب برای محافظت از چشم) مشکلات جدی در مبارزه با مواد رقیب ایجاد می کند. .

مکانیک کوانتومی و فولرن

فولرن هیدراته (HyFn)؛ (C 60 @ (H 2 O) n)

محلول آبی C 60 HyFn

فولرن هیدراته C 60 - C 60 HyFn یک کمپلکس فوق مولکولی قوی و آبدوست متشکل از یک مولکول فولرن C 60 محصور در اولین پوسته هیدراتاسیون است که شامل 24 مولکول آب است: C 60 @(H 2 O) 24 . پوسته هیدراتاسیون به دلیل برهمکنش دهنده-گیرنده جفت های تنها مولکول های اکسیژن اکسیژن در آب با مراکز گیرنده الکترون روی سطح فولرن تشکیل می شود. در همان زمان، مولکول‌های آب که در نزدیکی سطح فولرن قرار دارند، توسط شبکه‌ای حجمی از پیوندهای هیدروژنی به هم متصل می‌شوند. اندازه C 60 HyFn مربوط به 1.6-1.8 نانومتر است. در حال حاضر حداکثر غلظت C 60 به شکل C 60 HyFn که در آب ایجاد شده است معادل 4 mg/ml می باشد. عکس محلول آبی C 60 HyFn با غلظت C 60 0.22 mg/ml در سمت راست.

فولرن به عنوان ماده ای برای فناوری نیمه هادی

کریستال فولرن مولکولی یک نیمه هادی با فاصله نواری ~1.5 eV است و خواص آن تا حد زیادی شبیه به سایر نیمه هادی ها است. بنابراین، تعدادی از مطالعات مربوط به استفاده از فولرن ها به عنوان یک ماده جدید برای کاربردهای سنتی در الکترونیک بوده است: دیود، ترانزیستور، فتوسل و غیره. ns). با این حال، تأثیر اکسیژن بر رسانایی فیلم‌های فولرن یک اشکال قابل توجه بود و در نتیجه نیاز به پوشش‌های محافظ ایجاد شد. از این نظر، استفاده از مولکول فولرن به عنوان یک دستگاه مستقل در مقیاس نانو و به ویژه به عنوان یک عنصر تقویت‌کننده، امیدوارکننده‌تر است.

فولرن به عنوان مقاوم در برابر نور

فولرن ها تحت تأثیر تابش مرئی (> 2 eV)، فرابنفش و طول موج کوتاه تر، پلیمریزه می شوند و به این شکل توسط حلال های آلی حل نمی شوند. به عنوان نمونه ای از استفاده از مقاومت نوری فولرن، می توان مثالی از به دست آوردن وضوح زیر میکرون (20 نانومتر) با اچ کردن سیلیکون با یک پرتو الکترونی با استفاده از ماسک یک فیلم C 60 پلیمریزه شده ارائه داد.

افزودنی های فولرن برای رشد فیلم های الماس با روش CVD

یکی دیگر از امکان های جالب کاربرد عملی، استفاده از افزودنی های فولرن در رشد فیلم های الماس به روش CVD (Chemical Vapor Deposition) است. ورود فولرن ها به فاز گاز از دو منظر موثر است: افزایش سرعت تشکیل هسته های الماس بر روی بستر و تامین بلوک های ساختمانی از فاز گاز به زیرلایه. قطعات C2 به عنوان بلوک های ساختمانی عمل می کنند، که معلوم شد ماده مناسبی برای رشد یک فیلم الماس است. به طور تجربی نشان داده شده است که سرعت رشد فیلم های الماس به 0.6 میکرومتر در ساعت می رسد که 5 برابر بیشتر از بدون استفاده از فولرن ها است. برای رقابت واقعی بین الماس و سایر نیمه هادی ها در میکروالکترونیک، لازم است روشی برای هترو اپیتاکسی فیلم های الماس ایجاد شود، اما رشد فیلم های تک کریستالی بر روی بسترهای غیر الماسی یک مشکل حل نشدنی باقی مانده است. یکی از راه های ممکن برای حل این مشکل استفاده از یک لایه بافر فولرن بین بستر و لایه الماس است. پیش نیاز تحقیق در این راستا، چسبندگی خوب فولرن ها به اکثر مواد است. این مقررات به ویژه در ارتباط با تحقیقات فشرده در مورد الماس برای استفاده از آنها در میکروالکترونیک نسل بعدی مرتبط است. عملکرد بالا (سرعت رانش اشباع بالا)؛ بالاترین رسانایی حرارتی و مقاومت شیمیایی در بین مواد شناخته شده، الماس را به ماده ای امیدوارکننده برای نسل بعدی الکترونیک تبدیل کرده است.

ترکیبات ابررسانا با C60

بلورهای مولکولی فولرن نیمه هادی هستند، با این حال، در اوایل سال 1991 مشخص شد که دوپینگ جامد C 60 با مقدار کمی فلز قلیایی منجر به تشکیل ماده ای با رسانایی فلزی می شود که در دماهای پایین به یک ابررسانا منتقل می شود. دوپینگ با 60 با تصفیه کریستال ها با بخار فلز در دمای چند صد درجه سانتیگراد تولید می شود. در این حالت ساختاری از نوع X 3 C 60 تشکیل می شود (X یک اتم فلز قلیایی است). اولین فلز درونی پتاسیم بود. انتقال ترکیب K 3 C 60 به حالت ابررسانا در دمای 19 K رخ می دهد. این یک مقدار رکورد برای ابررساناهای مولکولی است. به زودی مشخص شد که بسیاری از فولریت های دوپ شده با اتم های فلز قلیایی در نسبت X 3 C 60 یا XY 2 C 60 (X, Y اتم های فلز قلیایی هستند) دارای ابررسانایی هستند. دارنده رکورد در میان ابررساناهای با دمای بالا (HTSC) از این نوع RbCs 2 C 60 - T cr = 33 K آن بود.

تاثیر افزودنی های کوچک دوده فولرن بر خواص ضد اصطکاک و ضد سایش PTFE

لازم به ذکر است که وجود فولرن C 60 در روان کننده های معدنی شروع به تشکیل یک فیلم محافظ تمام بعدی فولرن به ضخامت 100 نانومتر بر روی سطوح مقابل می کند. فیلم تشکیل شده از تخریب حرارتی و اکسیداتیو محافظت می کند، طول عمر واحدهای اصطکاک را در شرایط اضطراری 3-8 برابر افزایش می دهد، پایداری حرارتی روان کننده ها را تا 400-500ºС و ظرفیت باربری واحدهای اصطکاک را 2-3 برابر افزایش می دهد. محدوده فشار کاری واحدهای اصطکاک 1.5 تا 2 برابر، زمان کارکرد بدنه های شمارنده را کاهش می دهد.

سایر کاربردهای فولرن

از دیگر کاربردهای جالب می توان به انباشته کننده ها و باتری های الکتریکی اشاره کرد که در آنها از افزودنی های فولرن به هر طریقی استفاده می شود. این باتری ها بر اساس کاتدهای لیتیوم حاوی فولرن های درونی ساخته شده اند. فولرن ها همچنین می توانند به عنوان افزودنی برای تولید الماس مصنوعی با استفاده از روش فشار بالا استفاده شوند. در این مورد، بازده الماس ≈30٪ افزایش می یابد. فولرن ها همچنین می توانند در داروسازی برای تولید داروهای جدید استفاده شوند. علاوه بر این، فولرن‌ها به عنوان افزودنی در رنگ‌های مقاوم در برابر حریق کاربرد دارند. با توجه به معرفی فولرن ها، رنگ تحت تاثیر دما در هنگام آتش سوزی متورم می شود، یک لایه فوم-کک نسبتا متراکم تشکیل می شود که چندین بار زمان گرم شدن را تا دمای بحرانی سازه های محافظت شده افزایش می دهد. همچنین فولرن ها و مشتقات شیمیایی مختلف آن در ترکیب با پلیمرهای نیمه هادی چند کونژوگه برای ساخت سلول های خورشیدی استفاده می شوند.

خواص شیمیایی فولرن ها

فولرن ها، با وجود عدم وجود اتم های هیدروژن، که می توانند مانند موارد معمولی جایگزین شوند

شکل مولکولی کربن یا اصلاح آلوتروپیک آن، فولرن، یک سری طولانی از خوشه های اتمی Cn (n> 20) است که چند وجهی بسته محدب هستند که از اتم های کربن ساخته شده اند و دارای وجوه پنج ضلعی یا شش ضلعی هستند (در اینجا استثنائات بسیار نادری وجود دارد). . اتم‌های کربن در فولرن‌های جایگزین نشده تمایل دارند در حالت هیبریدی sp 2 با عدد هماهنگی 3 باشند. بنابراین، یک سیستم غیراشباع مزدوج کروی بر اساس تئوری پیوندهای ظرفیتی تشکیل می‌شود.

توضیحات کلی

پایدارترین شکل کربن از نظر ترمودینامیکی در شرایط عادی، گرافیت است، که شبیه دسته‌ای از صفحات گرافن است که به سختی به یکدیگر متصل هستند: شبکه‌های مسطح سلول‌های شش ضلعی با اتم‌های کربن در بالا. هر یک از آنها با سه اتم همسایه همراه است و الکترون ظرفیت چهارم یک سیستم pi را تشکیل می دهد. این بدان معنی است که فولرن دقیقاً چنین شکل مولکولی است ، یعنی تصویر حالت هیبریدی sp 2 واضح است. اگر عیوب هندسی به یک ورقه گرافن وارد شود، به ناچار یک ساختار بسته تشکیل می شود. به عنوان مثال، چنین عیوب چرخه های پنج عضوی (چهره های پنج ضلعی) هستند که به همان اندازه در شیمی کربن با موارد شش ضلعی رایج هستند.

طبیعت و تکنولوژی

به دست آوردن فولرن ها به صورت خالص با سنتز مصنوعی امکان پذیر است. این ترکیبات به شدت در کشورهای مختلف مورد مطالعه قرار می گیرند و شرایطی را ایجاد می کنند که تحت آن تشکیل آنها اتفاق می افتد و ساختار فولرن ها و خواص آنها نیز در نظر گرفته می شود. دامنه کاربرد آنها در حال گسترش است. معلوم شد که مقدار قابل توجهی فولرن در دوده وجود دارد که روی الکترودهای گرافیتی در یک تخلیه قوس تشکیل می شود. پیش از این، این واقعیت به سادگی هیچ کس نمی دید.

هنگامی که فولرن ها در آزمایشگاه به دست آمد، مولکول های کربن در طبیعت یافت شدند. در کارلیا، آنها در نمونه های شونگیت، در هند و ایالات متحده آمریکا - در فورولگیت ها یافت شدند. همچنین در شهاب سنگ ها و رسوبات کف که حداقل شصت و پنج میلیون سال قدمت دارند، مولکول های کربن فراوان و مکرر وجود دارد. در زمین، فولرن های خالص می توانند در هنگام تخلیه رعد و برق و در طی احتراق گاز طبیعی تشکیل شوند. دریای مدیترانه در سال 2011 مورد مطالعه قرار گرفت و مشخص شد که در تمام نمونه های گرفته شده - از استانبول تا بارسلونا - فولرن وجود دارد. خواص فیزیکی این ماده باعث تشکیل خود به خود می شود. همچنین مقادیر زیادی از آن در فضا - هم در حالت گازی و هم به صورت جامد - یافت شده است.

سنتز

اولین آزمایش‌ها در جداسازی فولرن‌ها از طریق بخارات متراکم گرافیت انجام شد که با تابش لیزر نمونه‌های گرافیت جامد به دست آمد. فقط آثار فولرن به دست آمد. تنها در سال 1990، شیمیدانان هافمن، لمب و کرچمر روش جدیدی را برای استخراج فولرن ها در مقادیر گرم ابداع کردند. این شامل سوزاندن الکترودهای گرافیتی با قوس الکتریکی در اتمسفر هلیوم و در فشار کم بود. آند فرسایش یافته بود و دوده حاوی فولرن روی دیواره های اتاق ظاهر شد.

سپس دوده در تولوئن یا بنزن حل شد و گرم خالص مولکول های C 70 و C 60 در محلول حاصل جدا شد. نسبت 1:3 است. علاوه بر این، محلول حاوی دو درصد فولرن های سنگین درجه بالاتر نیز بود. اکنون موضوع کوچک بود: انتخاب پارامترهای بهینه برای تبخیر - ترکیب اتمسفر، فشار، قطر الکترود، جریان و غیره، به منظور دستیابی به بالاترین بازده فولرن. آنها حدود دوازده درصد از مواد آند واقعی را تشکیل می دادند. به همین دلیل است که فولرن ها بسیار گران هستند.

تولید

تمام تلاش های دانشمندان تجربی در ابتدا بیهوده بود: راه های مولد و ارزان برای به دست آوردن فولرن ها یافت نشد. نه سوزاندن هیدروکربن ها در شعله و نه سنتز شیمیایی منجر به موفقیت نشد. روش قوس الکتریکی پربازده‌ترین روش باقی ماند و به دست آوردن حدود یک گرم فولرن در ساعت امکان‌پذیر شد. میتسوبیشی تولید صنعتی را با سوزاندن هیدروکربن ها ایجاد کرده است، اما فولرن های آنها خالص نیستند - آنها حاوی مولکول های اکسیژن هستند. و مکانیسم تشکیل این ماده هنوز نامشخص است، زیرا فرآیندهای سوزاندن قوس از نقطه نظر ترمودینامیکی بسیار ناپایدار هستند و این امر بررسی این نظریه را بسیار کند می کند. فقط این واقعیت که فولرن اتم های کربن منفرد را جمع آوری می کند، یعنی قطعات C 2، غیرقابل انکار است. با این حال، تصویر روشنی از تشکیل این ماده تشکیل نشده است.

هزینه بالای فولرن ها نه تنها با بازده کم در هنگام احتراق تعیین می شود. جداسازی، تصفیه، جداسازی فولرن های توده های مختلف از دوده - همه این فرآیندها بسیار پیچیده هستند. این امر به ویژه برای جداسازی مخلوط به بخش های مولکولی منفرد، که با استفاده از کروماتوگرافی مایع روی ستون ها و در فشار بالا انجام می شود، صادق است. در آخرین مرحله، بقایای حلال از فولرن جامد از قبل حذف می شود. برای انجام این کار، نمونه در یک خلاء دینامیکی در دمای حداکثر دویست و پنجاه درجه نگهداری می شود. اما مزیت این است که در طول توسعه فولرن C 60 و تولید آن در مقادیر کلان، شیمی آلی به یک شاخه مستقل تبدیل شد - شیمی فولرن ها، که بسیار محبوب شد.

سود

از مشتقات فولرن در زمینه های مختلف فناوری استفاده می شود. فیلم ها و کریستال های فولرن نیمه هادی هایی هستند که تحت تابش نوری رسانایی نوری از خود نشان می دهند. کریستال های C 60، اگر با اتم های فلز قلیایی دوپ شوند، به حالت ابررسانایی می رسند. محلول های فولرن دارای خواص نوری غیر خطی هستند، بنابراین می توان از آنها به عنوان پایه ای برای دریچه های نوری استفاده کرد که برای محافظت در برابر تشعشعات شدید ضروری هستند. فولرن همچنین به عنوان یک کاتالیزور برای سنتز الماس استفاده می شود. فولرن ها به طور گسترده در زیست شناسی و پزشکی استفاده می شوند. سه ویژگی این مولکول‌ها در اینجا کار می‌کنند: چربی دوستی، که غشا را تعیین می‌کند، کمبود الکترون، که توانایی تعامل با رادیکال‌های آزاد را می‌دهد، و همچنین توانایی انتقال حالت برانگیخته خود به یک مولکول اکسیژن معمولی و تبدیل این اکسیژن به یک مولکول. تک نفره

چنین اشکال فعال این ماده به مولکول های زیستی حمله می کند: اسیدهای نوکلئیک، پروتئین ها، لیپیدها. گونه های اکسیژن فعال در درمان فتودینامیک برای درمان سرطان استفاده می شود. حساسیت‌کننده‌های نوری به خون بیمار تزریق می‌شوند و گونه‌های فعال اکسیژن تولید می‌کنند - خود فولرن‌ها یا مشتقات آنها. جریان خون در تومور ضعیف‌تر از بافت‌های سالم است و بنابراین مواد حساس به نور در آن تجمع می‌یابند و پس از تابش مستقیم، مولکول‌ها برانگیخته می‌شوند و گونه‌های اکسیژن فعال تولید می‌کنند. سلول های سرطانی دچار آپوپتوز می شوند و تومور از بین می رود. به علاوه، فولرن ها دارای خواص آنتی اکسیدانی هستند و گونه های فعال اکسیژن را به دام می اندازند.

فولرن فعالیت اچ‌آی‌وی اینتگراز را کاهش می‌دهد، پروتئینی که مسئول جاسازی ویروس در DNA، تعامل با آن، تغییر ساختار آن و محروم کردن آن از عملکرد اصلی آفات است. برخی از مشتقات فولرن به طور مستقیم با DNA برهمکنش می کنند و از عمل محدودکننده ها جلوگیری می کنند.

بیشتر در مورد پزشکی

در سال 2007، فولرن های محلول در آب شروع به استفاده به عنوان عوامل ضد حساسیت کردند. مطالعات بر روی سلول ها و خون انسان انجام شد که در معرض مشتقات فولرن - C60 (NEt)x و C60 (OH)x قرار گرفتند. در آزمایشات روی موجودات زنده - موش - نتایج مثبت بود.

حتی در حال حاضر، این ماده به عنوان یک ناقل دارورسانی استفاده می شود، زیرا آب با فولرن (به یاد داشته باشید آبگریزی C 60) به راحتی به غشای سلولی نفوذ می کند. به عنوان مثال اریتروپویتین که مستقیماً به خون تزریق می شود، به میزان قابل توجهی تجزیه می شود و اگر همراه با فولرن ها استفاده شود، غلظت آن بیش از دو برابر می شود و بنابراین وارد سلول می شود.

به گزارش www.fullwater.com.ua

"فولرن - ماتریس زندگی..."

بنابراین، بر خلاف اشکال شناخته شده کربن - الماس و گرافیت، فولرن است مولکولاز اتم های کربن تشکیل شده است. مهمترین عضو خانواده فولرن C60 از 60 اتم کربن تشکیل شده است. در واقع، ما نمی توانیم بگوییم "مولکول الماس" یا گرافیت، اینها فقط اشکال کریستالی با آرایش فضایی خاصی از اتم های کربن در شبکه هستند. فولرن تنها شکل مولکولی کربن است.

طبیعت بسیاری از مفاهیم متناقض را در یک شیء متحد کرده است.

فولرن پیوندی بین مواد آلی و معدنی است. این یک مولکول و یک ذره و یک خوشه است. قطر مولکول C60 1 نانومتر است، که مربوط به حد ظرافت بین حالت "واقعی"، مولکولی و کلوئیدی مواد است.

اگر به داخل فولرن نگاه کنیم، فقط یک فضای خالی می یابیم که میدان های الکترومغناطیسی به آن نفوذ کرده است. به عبارت دیگر، نوعی فضای توخالی به قطر حدود 0.4 نانومتر خواهیم دید که حاوی « هیچ چی" - خلاء، محصور در یک پوسته کربن، مانند یک نوع ظرف. علاوه بر این، دیواره های این ظرف اجازه نفوذ ذرات ماده (یون، اتم، مولکول) را به داخل آن نمی دهد. اما خود فضای توخالی، انگار که بخشی از کیهان است، بیشتر است چیزیهیچ چیز قادر به مشارکت در تعاملات اطلاعاتی ظریف با محیط مادی خارجی نیست. یک مولکول فولرن را می توان "حباب خلاء" نامید که این تز معروف که طبیعت پوچی را تحمل نمی کند برای آن مناسب نیست. خلاء و ماده- دو پایه جهان به طور هماهنگ در یک مولکول متحد شده اند.

یکی دیگر از خواص قابل توجه فولرن ها برهمکنش آنها با آب است. شکل کریستالی آن در آب نامحلول شناخته شده است. بسیاری از تلاش ها برای به دست آوردن محلول های آبی فولرن ها منجر به تشکیل سیستم های کلوئیدی یا پراکنده درشت فولرن آب می شود که در آن ذرات حاوی تعداد زیادی مولکول به شکل کریستالی هستند. دستیابی به محلول های مولکولی آبی غیرممکن به نظر می رسد. و داشتن چنین راه حلی بسیار مهم است و اول از همه برای استفاده از آنها در زیست شناسی و پزشکی. از زمان کشف فولرن ها، فعالیت بیولوژیکی بالای آن پیش بینی شده است. با این حال، نظر عمومی پذیرفته شده در مورد آبگریزی فولرن ها، تلاش های بسیاری از دانشمندان را به سمت ایجاد مشتقات محلول در آب یا اشکال محلول سوق داده است. در این حالت، رادیکال‌های آبدوست مختلف به مولکول فولرن دوخته می‌شوند یا توسط پلیمرها و سورفکتانت‌های محلول در آب احاطه می‌شوند، به همین دلیل مولکول‌های فولرن مجبور می‌شوند در محیط آبی باقی بمانند. در بسیاری از آثار، اوج خود فعالیت بیولوژیکی. با این حال، هر گونه تغییر در پوسته کربن خارجی منجر به نقض ساختار الکترونیکی و تقارن مولکول فولرن می شود که به نوبه خود ویژگی تعامل آن با محیط را تغییر می دهد. بنابراین، اثر بیولوژیکی مولکول‌های فولرن تغییر شکل مصنوعی تا حد زیادی به ماهیت رادیکال‌های متصل و حل‌کننده‌ها و ناخالصی‌های موجود بستگی دارد. بارزترین فردیت مولکول های فولرن به شکل اصلاح نشده و به ویژه محلول های مولکولی آنها در آب نشان داده شده است.

محلول های آبی حاصل از فولرن ها در طول زمان پایدار هستند (بیش از 2 سال)، خواص فیزیکی و شیمیایی بدون تغییر و ترکیب ثابتی دارند. این محلول ها فاقد هرگونه ناخالصی سمی هستند. در حالت ایده آل، فقط آب و فولرن است. علاوه بر این، فولرن در ساختار طبیعی چندلایه آب جاسازی شده است، جایی که اولین لایه آب به دلیل برهمکنش دهنده-گیرنده بین اکسیژن آب و مراکز پذیرنده در سطح فولرن، محکم به سطح فولرن متصل می شود.

مجموعه چنین مولکولی بزرگ با آب نیز ظرفیت بافر قابل توجهی دارد. در نزدیکی سطح آن، مقدار pH = 7.2-7.6 حفظ می شود، همان مقدار pH در نزدیکی سطح غشای بخش اصلی سلول های سالم بدن یافت می شود. بسیاری از فرآیندهای "بیماری" سلولی با تغییر در مقدار pH در نزدیکی سطح غشاء همراه است. در عین حال، یک سلول بیمار نه تنها شرایط ناراحت کننده ای را برای خود ایجاد می کند، بلکه بر همسایگان خود تأثیر منفی می گذارد. فولرن هیدراته که در نزدیکی سطح سلول قرار دارد، قادر است مقدار pH سالم خود را حفظ کند. بنابراین شرایط مساعدی برای خود سلول ایجاد می شود تا بتواند با بیماری خود کنار بیاید.

و قابل توجه ترین خاصیت فولرن هیدراته آن است توانایی خنثی کردن رادیکال های فعال. فعالیت آنتی اکسیدانی فولرن 100-1000 برابر بیشتر از عملکرد آنتی اکسیدان های شناخته شده (به عنوان مثال، ویتامین E، دیبونول، ب-کاروتن) است. علاوه بر این، فولرن هیدراته سطح طبیعی رادیکال‌های آزاد را در بدن سرکوب نمی‌کند، بلکه تنها زمانی فعال می‌شود که غلظت آن‌ها افزایش یابد. و هر چه رادیکال های آزاد بیشتر در بدن تشکیل شود، فولرین هیدراته شده فعالتر آنها را خنثی می کند. مکانیسم اثر آنتی اکسیدانی فولرن اساساً با عملکرد آنتی اکسیدان های شناخته شده مورد استفاده در عمل متفاوت است. بنابراین، یک مولکول از یک آنتی اکسیدان سنتی برای خنثی کردن یک رادیکال مورد نیاز است. و یک مولکول فولرن هیدراته قادر است تعداد نامحدودی از رادیکال های فعال را خنثی کند. این نوعی کاتالیزور آنتی اکسیدانی است. علاوه بر این، مولکول فولرن به خودی خود در واکنش شرکت نمی کند، بلکه تنها یک عنصر تشکیل دهنده ساختار خوشه آب است. ...

حتی در آغاز قرن گذشته، آکادمیک ورنادسکی متوجه شد که ماده زنده با تقارن بالا مشخص می شود. بر خلاف دنیای معدنی، بسیاری از موجودات دارای یک محور تقارن پنج برابری هستند. فولرن C60 دارای 6 محور درجه پنجم است، این تنها مولکول در طبیعت با چنین تقارن منحصر به فردی است. حتی قبل از کشف فولرن ها، ساختار مولکولی برخی از پروتئین ها به شکل فولرن شناخته شده بود و برخی از ویروس ها و دیگر ساختارهای زیستی حیاتی (مثلا) ساختارهای مشابهی دارند. تطبیق مولکول فولرن و حداقل خوشه آن جالب است ساختار ثانویه DNA. بنابراین اندازه مولکول C60 مربوط به فاصله بین سه جفت باز مکمل در DNA است که به اصطلاح. کدون،که اطلاعاتی را برای تشکیل یک اسید آمینه از پروتئین سنتز شده مشخص می کند. فاصله بین چرخش های مارپیچ DNA 3.4 نانومتر است. اولین خوشه کروی C60 متشکل از 13 مولکول فولرن به همین اندازه است.

مشخص است که کربن و به ویژه گرافیت و کربن آمورف توانایی جذب ساده‌ترین مولکول‌ها از جمله مولکول‌هایی را دارند که می‌توانند ماده‌ای برای تشکیل مولکول‌های پیچیده‌تر بیولوژیکی مهم در فرآیند تشکیل پایه‌های زندگی باشند. موضوع. فولرن به دلیل خاصیت پذیرنده ای که دارد قادر است به طور انتخابی با مولکول های دیگر برهمکنش داشته باشد و در شرایط محیط آبی این خواص را به لایه های منظم آب در فاصله قابل توجهی از سطح خود منتقل کند.

نظریه های زیادی در مورد پیدایش حیات از مواد معدنی وجود دارد و شرایط اصلی آنها عواملی مانند

1. تمرکز مولکول های ساده (CO، NO، NH3، HCN، H2O، و غیره) در نزدیکی مکان های فعال که در آن واکنش ها با مشارکت منابع انرژی خارجی رخ می دهد.
2. عارضه مولکول های آلی تشکیل شده به ساختارهای پلیمری و مرتب اولیه.
3. تشکیل ساختارهای مرتبه بالا
4. تشکیل سیستم های خود بازتولید.

به طور تجربی هنگام ایجاد شرایطی که در دوره پیش زیستی روی زمین وجود داشت، امکان مشاهده اولین عامل اثبات شد. تشکیل اسیدهای آمینه حیاتی و بی اهمیت و برخی از بازهای نوکلئیک در این شرایط کاملاً واقعی است. با این حال، احتمال تحقق همه شرایط برای پیدایش حیات عملاً صفر است. این بدان معنی است که باید شرایط دیگری وجود داشته باشد که امکان اجرای هدفمند مکانیسم ترکیب عناصر ساده، پیچیده کردن و نظم دادن به ترکیبات آلی حاصل را تا سطح ظاهر ماده زنده فراهم کند. و این شرط به نظر ما وجود یک ماتریس است. این ماتریس باید ترکیب ثابتی داشته باشد، تقارن بالایی داشته باشد، برهمکنش (اما نه شدید) با آب داشته باشد، در اطراف خود محیطی متقارن از مولکول های دیگر در فاصله قابل توجهی ایجاد کند، که بتواند رادیکال های فعال را در نزدیکی سطح خود متمرکز کند و به خنثی سازی آنها کمک کند. تشکیل مولکول های آلی پیچیده، در عین حال برای محافظت از اشکال خنثی در برابر حملات رادیکال های فعال، برای تشکیل ساختارهای مشابه خود و ساختارهای مشابه محیط آب. و مهمتر از همه، کربن باید ماتریس عمر کربن باشد. و فولرن در حالت هیدراته تمام این نیازها را برآورده می کند. و به احتمال زیاد، اصلی ترین و پایدارترین نماینده خانواده فولرن C60. کاملاً ممکن است که پیدایش حیات یک عمل اولیه نباشد، اما این روند به طور مداوم رخ می دهد و به نوعی بر توسعه زندگی، آزمایش موجود و شکل گیری اشکال جدید آن تأثیر می گذارد.

فولرن ها در طبیعت هر جا که کربن و انرژی بالا وجود دارد وجود دارند. آنها در نزدیکی ستاره های کربنی، در فضای بین ستاره ای، در مکان هایی که رعد و برق برخورد می کند، یا نزدیک دهانه های آتشفشان وجود دارند، حتی زمانی که گاز در اجاق گاز خانگی سوزانده می شود. فولرن ها در محل تجمع سنگ های کربنی نیز یافت می شوند. مکان ویژه ای در اینجا متعلق به سنگ های شونگیت کارلی است. این سنگ ها که تا 90 درصد کربن خالص دارند حدود 2 میلیارد سال قدمت دارند. ماهیت منشأ آنها هنوز مشخص نیست. یکی از فرضیات سقوط یک شهاب سنگ کربنی بزرگ است. AT شونگیتفولرن های طبیعی برای اولین بار کشف شدند. ما همچنین موفق به استخراج و شناسایی فولرن C60 در شونگیت شدیم.

از زمان پیتر اول، چشمه ای شفابخش در کارلیا وجود داشت. آب های رزمی". برای سالیان متمادی، هیچ کس در نهایت نتوانست دلیل خواص درمانی این منبع را توضیح دهد. فرض بر این بود که افزایش محتوای آهن علت اثر شفابخش است. با این حال، منابع حاوی آهن زیادی روی زمین وجود دارد، و به عنوان یک قاعده، هیچ اثر درمانی ندارد. تنها پس از کشف فولرن ها در صخره های شونگیتی که چشمه از میان آنها می گذرد، این فرض مطرح شد که فولرن اثر شفابخش نهایی آب های رزمی است. با این حال، خواص درمانی این آب مانند آب ذوب شده، دوام زیادی ندارد. نمی توان آن را بطری کرد و در صورت نیاز استفاده کرد. روز بعد خاصیت خود را از دست می دهد. آب رزمی، با عبور از سنگ حاوی فولرن ها و ساختارهای فولرن مانند، تنها با ساختاری که سنگ به آن می دهد "اشباع" می شود. و در طول ذخیره سازی، این خوشه های حیات بخش متلاشی می شوند. فولرن خود به خود وارد آب نمی شود و بنابراین، هیچ عنصر سازنده ای وجود ندارد که بتواند خوشه های آب منظم را برای مدت طولانی حفظ کند، و بنابراین، چنین آبی به سرعت خواص آب معمولی را به دست می آورد. علاوه بر این، یون های موجود در آن خود ساختار بومی آب را بازآرایی می کنند و خوشه های هیدرات خود را ایجاد می کنند.

با دریافت محلول‌های مولکولی کلوئیدی فولرن‌ها در آب، سعی کردیم جوهره آب‌های رزمی را در آزمایشگاه بازتولید کنیم. اما برای این کار، آب با خلوص بالا مصرف کردند و محلول آبی فولرن را در دوز هومیوپاتی اضافه کردند. پس از آن، آنها شروع به انجام آزمایش های بیولوژیکی بر روی مدل های مختلف کردند. نتایج شگفت انگیز بود. تقریباً در هر مدل آسیب شناسی، ما یک اثر بیولوژیکی مثبت می یابیم. آزمایش ها بیش از 10 سال است که ادامه دارد. با یک آزمایش خوب، هر گونه تغییر پاتولوژیک در یک موجود زنده تقریباً همیشه سعی می کند به حالت عادی بازگردد. اما این یک داروی هدفمند و یک ترکیب شیمیایی بیگانه نیست، بلکه فقط یک توپ کربن حل شده در آب است. علاوه بر این، این تصور به وجود می آید که فولرن هیدراته تمایل دارد به " وضعیت عادی"همه تغییرات در بدن، به ساختارهایی که به عنوان یک ماتریس در فرآیند تولد زندگی ایجاد می کند.

انسان باید خانه خود را از باران و سرما حفظ کند. باغ شما از آفات؛ هوا از گازهای خروجی؛ آب ناخالصی های صنایع مضر، یعنی انسان که در محیط خود زندگی می کند، باید محیط زیست خود را از مخلوقات دست خود، از «خود» حفظ کند.

چه کسی فرد را نجات خواهد داد؟ زیبایی؟

به گفته دانشمندان، نوع خاصی از آن وجود دارد که می تواند وجود ما را آسان کند.

این زیبایی مولکول های کربن چند اتمی است که به آنها "فولرین" می گویند.

فولرن‌ها مولکول‌های غیرعادی هستند که به شکل توپ فوتبال هستند. آنها مانند یک توپ درون توخالی هستند و حتی می خواستند آنها را "فوتبال" بنامند، اما نمی توان با فولرن فوتبال بازی کرد، زیرا اندازه آن 1 نانومتر است، یعنی یک میلیاردم متر.

فولرن ها چهارمین تغییر کربن هستند که قبلا ناشناخته بود (سه مورد اول گرافیت، الماس، کربن هستند). در سال 1985 و کاملاً تصادفی کشف شد. هارولد کروتو، شیمیدان و اخترفیزیکدان انگلیسی، با مطالعه غبار بین ستاره ای، به ذرات کربن موجود در آنجا علاقه مند شد. او با مشکلاتی در تجزیه و تحلیل آنها، به همکاران آمریکایی رابرت کرل و ریچارد اسمالی که در تبخیر مواد با استفاده از لیزر مشغول بودند، کمک گرفت. هر سه با اشتیاق دست به کار شدند. با تبخیر گرافیت برای تولید ذراتی که به دنبال آن بودند، آنها از یافتن مولکول‌های کربن ناشناخته شبیه فوتبال در بقایای آن متعجب شدند. هارولد کروتو، آغازگر این داستان، با اثر معروف معمار آمریکایی R.B. Fuller - گنبد ژئودزیک غرفه آمریکایی در نمایشگاه جهانی EXPO-67، پوسته مولکول جدید را یادآور شد. کروتو پیشنهاد کرد که ذرات جدید را به نام فولر نامگذاری کنند. به این ترتیب کلمه "فولرین" ظاهر شد.

محققان بلافاصله گزارشی از کشف خود را به مجله Nature ارسال کردند.

کشف مولکول های جدید علاقه باورنکردنی را در تحقیقات بیشتر آنها برانگیخت. "رونق فولرن" شروع شد که منجر به ایجاد فناوری‌های نانو و با کمک آنها به توسعه مواد و ترکیبات نادیده‌ای که قبلاً برای رشته‌های مختلف علم، فناوری، پزشکی و داروسازی در نظر گرفته شده بود، انجامید.

در سال 1996، R. Curl، H. Kroto، R. Smalley جایزه نوبل شیمی را برای کشف فولرن دریافت کردند. فولرن ها یک انقلاب واقعی کرده اند! و اگرچه تاکنون نتایج آن فقط در علم و فناوری قابل توجه است، انقلابی در پزشکی دور از دسترس نیست.

انقلاب در یک جهش کیفی از میکرو...، یک میلیونم یک متر، به نانو...، بخش میلیاردم آن نهفته است. ما با کمک فناوری‌های نانو و البته ظهور نانوپزشکی («نانو» به معنای «کوتوله») چشم‌اندازی را برای دستیابی به مواد جدید باز می‌کنیم. شاید هنوز کلمه «نانوپزشکی» را در فرهنگ لغت پیدا نکنید، اما این صنعت قبلاً حق وجودی خود را اعلام کرده است.

کوچک اما دقیق:

بیایید خواص فولرن ها را از نظر کاربرد آنها در پزشکی بررسی کنیم.

یکی از قابل توجه ترین خواص این مواد این است که می توانند محلول های آبی ایجاد کنند. با ترکیب پایدارترین فولرن ها (به نام C60) در یک مولکول آب، دانشمندان موفق به ایجاد یک محیط آبی بسیار شبیه به محیط در سلول های سالم بدن شدند. آب با فولرن داخلی رادیکال های آزاد را خنثی می کند، یعنی یک آنتی اکسیدان است. رادیکال های آزاد عامل بسیاری از بیماری ها هستند. این مولکول ها که در بدن ما تشکیل می شوند، به کروموزوم ها آسیب می رسانند و منجر به پیری سلولی، سرطان و کاهش ایمنی می شوند. آنها با آنتی اکسیدان ها مخالف هستند - مواد مفیدی که با رادیکال های آزاد ترکیب می شوند و از اثرات مخرب آنها جلوگیری می کنند.

آنتی اکسیدان های معمولی موادی هستند که یکبار مصرف هستند. فرض کنید یک مولکول ویتامین وقتی با یک رادیکال آزاد ترکیب می شود، یک ترکیب بی ضرر را تشکیل می دهد و از بازی خارج می شود. یک مولکول در هر رادیکال؟ نه زیاد! و توپ فولرن ماندگاری طولانی دارد: همیشه در بازی می ماند و دارای خاصیت جادویی جذب رادیکال های آزاد به سمت خود است. علاوه بر این، چنین رادیکال های "چسبیده" با یکدیگر ترکیب می شوند و مواد بی ضرر را تشکیل می دهند. به دلیل وجود فولرن، این روند به طرز باورنکردنی تسریع می شود و سپس رادیکال های ناگوار دسته دسته حذف می شوند. محلول های فولرن چندین برابر موثرتر از آنتی اکسیدان های معمولی هستند. در همین حال، محققان می گویند که فولرن یک دارو به معنای معمول کلمه نیست، زیرا این دارو به درمان بیماری خاصی کمک می کند و محلول های فولرن بسیار گسترده تر، در حجم کل ارگانیسم عمل می کند.

پزشکی با پیشوند "نانو"

امکانات این نانوگلوله ها واقعاً پایان ناپذیر است و تنها به مبارزه با رادیکال های آزاد محدود نمی شود. فولرن ها قادر به ایجاد مجموعه کاملی از ترکیبات زیست فعال هستند. با پر کردن حفره فولرن با یک ماده شفابخش، می توانید این توپ را مانند یک جیب به نقطه مورد نیاز برانید. چنین فولرن هایی که به شوخی پر شده نامیده می شوند، می توانند برای رساندن آنتی بیوتیک ها، ویتامین ها و هورمون ها به سلول های بیمار استفاده شوند. به خصوص کار سختی بر روی ایجاد آماده سازی فولرن برای درمان بیماری های مغزی انجام می شود. برای اولین بار در جهان، آنتی اکسیدان فولرن برای درمان سلول های آسیب دیده مغز در دانشگاه تل آویو سنتز شد. استفاده از آن نتایج مثبتی در آزمایشات تاکنون با حیوانات داشته است. توسعه بیشتر این تکنیک برای درمان مولتیپل اسکلروزیس و بیماری آلزایمر انتظار می رود. آزمایش‌هایی با فولرن‌ها برای انتقال دارو از طریق پوست بدون استفاده از تزریق انجام می‌شود. روش‌هایی برای از بین بردن ژنوم ویروس‌هایی که توسط فولرن‌های قادر مطلق به داخل سلول زنده نفوذ می‌کنند، در حال توسعه هستند. کار امیدوار کننده در مورد استفاده از فولرن ها به عنوان پادزهر. شما می توانید برای مدت طولانی ادامه دهید ... در سراسر جهان، داروهای فولرن ضد سرطان در حال تحقیق هستند، و نتایج دلگرم کننده است!

حیف است که یکی از کاشفان آنها، ریچارد اسمالی، به پیروزی نهایی نانوگلوله‌های حیات‌بخش دست نیافت. وی در سال 2005 در گذشت.

تحقیقات در مورد بهبود تشکیلات کربن ادامه دارد، اگرچه هنوز از آزمایشگاه ها فراتر نرفته است.

سنگ تخته سنگ و فولرن:

اکتشافات برجسته اغلب در ابتدا افسانه ای هستند و به نظر می رسد که می توانند معجزه کنند.

در روسیه، "تب فولرین" در اواخر دهه 90 قرن گذشته آغاز شد. این با یک سنگ شیل کربنی - شونگیت مرتبط بود که ذخایر آن در کارلیا کشف شد.

طبق یک نسخه، زمین شناس شوروی S. Tsipursky، پس از اطلاع از کشف فولرن ها، شونگیت را که از کارلیا آورده بود، برای تحقیق به آزمایشگاه دانشگاه آریزونا در آمریکا تحویل داد. نتایج این مطالعه که با مشارکت خود تسیپورسکی انجام شد، در مقاله ای در یک مجله علمی در سال 1992 منتشر شد. گفته شد که مقدار کمی فولرن واقعا در شونگیت یافت شده است. این احساسی شد که باعث تحقیقات بیشتر در مورد شونگیت برای اهداف دارویی شد.

با این حال، از دیرباز افسانه هایی در مورد خواص درمانی شونگیت وجود دارد. این تخته سیاه شوم در قدیم سنگ تخته سنگ نامیده می شد. سپس نام "shungite" را گرفت - از روستای Karelian Shunga، جایی که چشمه ای با آب شفابخش از میان رسوبات این سنگ راه یافت. قدیمی های محلی می گفتند که شونگیت صد زخم را درمان می کند. طبق افسانه، بویار زنیا رومانووا، که توسط بوریس گودونوف به این مناطق تبعید شد، در اینجا از بیماری های متعددی درمان شد. این مادر اولین تزار روسیه میخائیل فدوروویچ بود. به یاد او ، بهار معجزه آسا "کلید Tsarevich" نامگذاری شد. با این حال، پس از آزادی زنیا، آنها او را فراموش کردند. Ksenia Romanova مادربزرگ پیتر کبیر بود و احتمالاً افسانه های خانوادگی در مورد خواص درمانی سنگ تخته سنگ به او رسیده است. شاید این سنگ خاصیت ضد عفونی کنندگی نیز داشته است. به هر حال، اما شواهدی وجود دارد که پیتر دستور داد یک سنگ تخته سنگ را در کوله پشتی سرباز نگه دارند و آن را در گلدان های آب فرو کنند، "برای حفظ قدرت شکم." سربازان ارتش سوئد، که در نبرد پولتاوا شکست خوردند، به وضوح نتوانستند "قلعه شکم" را نجات دهند: در تابستان گرم سال 1709، آنها توسط اپیدمی آن زمان اسهال خونی بسیار مورد ضرب و شتم قرار گرفتند.

سنگ های شونگیت در ساخت و ساز و متالورژی استفاده می شود و اخیراً از شونگیت در فیلترهای تصفیه آب با موفقیت استفاده می شود.

در سال 2003، یعنی ده سال پس از اولین انتشار پر سر و صدا، مقاله ای در مجله انجمن زمین شناسی آمریکا منتشر شد که گزارش داد بررسی های کامل وجود فولرن ها را در شونگیت تایید نمی کند. علاوه بر این، حتی اگر آنها وجود داشته باشند، اثر درمانی توسط خود سنگ ایجاد نمی شود، بلکه توسط محلول آبی آن ایجاد می شود.

الکترونیک ارگانیک:

دانشمندان موسسه فناوری جورجیا، در نتیجه تحقیقات خود، ماتریسی از ترانزیستورهای اثر میدانی پرسرعت بر اساس فولرن های C60 ایجاد کرده اند.

پروفسور برنارد کیپلن خاطرنشان کرد که نیمه هادی های آلی یک ماده کاملا جدید، مدرن و بسیار امیدوارکننده در نانوالکترونیک هستند.

دامنه نانوالکترونیک ارگانیک بسیار زیاد است: از نمایشگرها و بیلبوردهای الکترونیکی فعال گرفته تا برچسب های RFID و رایانه های انعطاف پذیر.

نانو لوازم آرایشی: سلول های زیبایی:

نانوتکنولوژی هنوز در حال بررسی است، اما در حال حاضر خط کاملی از محصولات زیبایی وجود دارد که از خواص شگفت‌انگیز فولرن‌ها استفاده می‌کنند. روی بسته بندی چنین محصولاتی معمولاً می نویسند: "حاوی فولرن" یا "حاوی C60" (این پایدارترین مولکول از این گروه است). تولید کنندگان ادعا می کنند که کرم های حاوی فولرن به طور قابل توجهی وضعیت پوست بالغ را بهبود می بخشد، روند پیری را کاهش می دهد و خاصیت ارتجاعی و شادابی صورت را حفظ می کند.

در بازداشت:

نانوپزشکی یک مسیر کاملاً جدید در مبارزه با بیماری ها است. و علیرغم اینکه ایده ها و پروژه های او هنوز در مرحله تحقیقات آزمایشگاهی است، بدون شک آینده متعلق به نانوپزشکی است.