Нанофутбол

Почти каждый из нас когда-нибудь видел или держал в руках футбольный мяч. Надо сказать, что природа и человек, бывает, "думают" в одном направлении. И если человек изобретает "круглого", то природа - молекулу точно такой же формы.

Речь идет о фуллеренах, особом виде углерода, который чаще предстает перед нами в виде графита, сажи, или например алмазов.

Как можно догадаться из сравенения с футбольным мячом, фуллерен - это кругловатая молекула, построенная из пятиугольников и шестиугольников, в вершинах которых лежат атомы углерода (см иллюстрацию ниже). Геометрическая форма фуллерена имеет удивительное сходство с важнейшими структурами живых организмов (молекулы ДНК, третичная структура белка), поэтому на него можно рассчитывать, как на возможное связующее звено между органической и неорганической материей.

Кроме того, фуллерены кажутся шедеврами трехмерной архитектуры. Неудивительно, что своим названием эти молекулы обязаны инженеру и дизайнеру Ричарду Бакминстеру Фуллеру (США) (1895-1983), ряд конструкций которого устроены по такому же принципу (привет футболу!). Примечательно однако, что в англоязычной литературе наших героев чаще называют buckminsterballs (или buckyballs), в то время как в России, они почему-то прижились под названием fullerens. Фуллерены открыты в 1985 году, а в 1996-м за них даже дали Нобелевскую премию по химии.

Музей "Биосфера" в Монреале (Канада). Проект Р.Б. Фуллера

Самый простой фуллерен С60

С разработкой относительно простых способов получения фуллеренов начался «фуллереновый бум» в технике и технологиях (как несколько лет назад начался графеновый бум, о котором будет отдельная статья. - Ред.). Сравнительно быстрое увеличение общего количества установок для получения фуллеренов и постоянная работа по улучшению методов их очистки привели к существенному снижению стоимости С₆₀ за последние 17 лет — с 10 тыс. до 10-15 долл. за грамм, что подвело к рубежу их реального промышленного использования.

Фуллерены являются сильными окислителями и придают множеству известных вещей новые интересные свойства. Например в присадках к смазочному маслу, применение фуллерено ведет к десятикратному снижению коэффициента трения металлических изделий.

Заслуживает огромного интереса применение фуллеренов в медицине и фармакологии. Так, различные производные фуллеренов показали себя эффективными средствами в лечении вируса иммунодефицита человека: белок, ответственный за проникновение вируса в кровяные клетки — ВИЧ-1-протеаза, — имеет сферическую полость диаметром 10 Ǻ, форма которой остается постоянной при всех мутациях. Такой размер почти совпадает с диаметром молекулы фуллерена. Синтезировано производное фуллерена, которое растворимо в воде. Оно блокирует активный центр ВИЧ-протеазы, без которой невозможно образование новой вирусной частицы.

Фуллерены также способны создавать вокруг себя водную среду, похожую на среду в клетках организма. Возможно, тем самым он предоставит ученым возможность проверить его биологическую активность. А некоторое время назад появилась целая линия косметических препаратов, использующих свойства фуллеренов, например против старения кожи. Фуллерены считаются перспективными для доставки гормонов, антибиотиков, витаминов к больным клеткам человеческого организма, если предварительно заполнить полость фуллерена полезным веществом и сделать так, чтобы они "высадились", как десант, внутри "целей".

Ольга Корыстылёва, Юго-Западный государственный университет (Курск)