Фуллерен - это что такое? Свойства и применение фуллеренов. Фуллерены в защите растений

Что фуллерены нам сулят? | Информационно-рекламная аграрная газета "АгроИнфо"

Какими только понятиями не пополняется словарный запас современного агрария благодаря прогрессу науки. Самые сложные из них – химического порядка. Но и без них никуда – должен же фермер знать, чем питает и поливает свою почву или обрабатывает семена.

На одном из мартовских семинаров в Центре распространения знаний в сфере АПК «Костанай» одна из лекций была посвящена применению фуллеренов в сельском хозяйстве. Попробуем разобраться с этим понятием, напрямую связанным с индустрией наноматериалов и нанотехнологий.

Фуллерены – это производные углерода, открытые не так давно – в 1985 году. Однако важнейшие их структурные и физико-химические характеристики были определены уже в 90-х годах. К слову, у фуллерена С60 очень интересная структура, сравнимая с оболочкой футбольного мяча, скроенной из 12 пентагонов и 20 гексагонов.

Ведущие страны, где на данный момент ведётся работа по изучению и применению фуллеренов, это США, Япония, Россия и Украина.

После открытия, фуллерен нашёл с десяток областей применения – от радиоэлек­троники и строительства до косметологии и медицины. В сельском хозяйстве фулле­рены используются в сфере защиты растений – в форме гидратированных фуллере­нов, используемых для уско­рения прорастания семян и роста растений, а также для повышения устойчивости рас­тений к возбудителям забо­леваний. Таким образом, се­годня нам предлагается об­рабатывать семена препара­тами, созданными на основе фуллеренов.

Согласно данным, пред­ставленным аудитории семи­нара, такие препараты поло­жительно влияют на развитие корневой системы, высоту стебля, а также глубину за­легания узла кущения пшени­цы. Кроме того, не только для зерновых годятся препараты на основе фуллерена – ис­пользуются они и на овощных культурах, при производстве грибов, в гидропонике, а так­же для борьбы с болезнями и вредителями в дендрологии. Но не всё так однозначно. Например, в Интернете име­ются сведения американских учёных о том, что нетоксич­ные сами по себе фуллерены усиливают способность кор­ней томата, кабачка и сои по­глощать содержащиеся в по­чве пестициды и прочие за­грязняющие вещества.

Алина Суворова

Опубликовано 14.07.2014

agroinfo.kz

Способ получения аддуктов смеси фуллеренов фракции с50-с92 и регулятор роста растений на их основе

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Регулятор роста и развития растений на основе аддуктов ауксинов со смесью фуллеренов фракции С50-С92 содержит в своем составе, мас. %: аддукт ауксина со смесью фуллеренов фракции С50-С92 - 0.0001-0.00001, вода - остальное. Осуществляют проведение химической реакции между смесью фуллеренов фракции С50-С92 и различными ауксинами. Химическая реакция проводится при подкислении серной кислотой в бинарной системе органических растворителей при температуре 58-60°C, разделение продуктов синтеза проводится подогретой до 100°C дистиллированной водой с последующим созданием водных растворов определенной концентрации на основе выделенной водорастворимой фракции полученной смеси аддуктов. Изобретение позволяет реализовать указанное назначение. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к органической химии и биотехнологии и может быть использовано для создания водорастворимых биологически активных препаратов для регулирования роста растений на всех этапах их развития, а также водорастворимых и спирторастворимых препаратов для лечения различных болезней растений, в частности высокоэффективных противогрибковых средств.

Основной проблемой использования смеси фуллеренов фракции С50-С92 для получения водорастворимых композиций биологически активных препаратов является их практически почти полная нерастворимость в воде [Ruoff R.S., Tse D.S., Malhotra R., Lorents D.C. Solubility of fullerene (C60) in a variety of solvents. J. Phys. Chem., 1993; 97: 3379-3383; Безмельницын В.Н., Елецкий А.В., Окунь М.В. Фуллерены в растворах. Успехи физ. наук, 1998; 168: 1195-1120], что неприемлемо для препаратов, регулирующих рост растений.

Наиболее эффективным способом преодолеть этот недостаток является синтез лиофильных аддуктов фуллеренов, растворимых в воде. Так, известен способ образования комплексов фуллеренов с гидрофильными веществами [Andersson Т., Nilsson К., Sundahl М., Westman G., Wennerström О. C60 embedded in γ-cyclodextrin: a water-soluble fullerene. J. Chem. Soc, Chem. Commun., 1992; 604-605], [Пиотровский Л.Б., Киселев О.И. Фуллерены в биологии. СПб.: Росток; 2006]. [Yamakoshi Y.N., Yagami Т., Fukuhara К., Sueyoshi S., Miyata N. Solubilization of fullerenes into water with polyvinylpyrrolidone applicable to biological tests. J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1994; 517-518; [Nakanishi Т., Ariga К., Morita M., Kozai H., Taniguchi N., Murakami H., Sagara Т., Nakashima N. Electrochemistry of fullerene C60 embedded in Langmuir-Blodgett films of artificial lipids on electrodes. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2006; 284-285: 607-612]. Однако эти комплексы не являются индивидуальными веществами, не обладают достаточной стабильностью при хранении и манипуляциях, а также их устойчивость зависит от среды, в которой они находятся.

Наиболее известными реакциями в химии фуллерена являются реакции циклоприсоединения (Дильса-Альдера), где C60 всегда является диенофилом и позволяет вводить в свое ядро ряд функциональных групп [Юровская М.А. Методы получения производных фуллерена С60. Соросовский образовательный журнал, 2000; 5:26-30; Сидоров Л.Н., Юровская М.А., Борщевский А.Я. Трушков И.В., Иоффе И.Н. Фуллерены (учебное пособие для вузов), M.: Экзамен; 2005], реакции одностадийного и прямого присоединения первичных и вторичных аминов, аминокислот и дипептидов (Hirsch A., Li Q., Wudi F. Globe-trotting hydrogens on the surface of the fullerene compounds C60H6N(СН2СН2)2O]6. Angew. Chem. Int. Ed., 1991). (Романова В.С, Цыряпкин В.А., Ляховецкий Ю.А., Парнес З.Н., Вольпин М.Е.) (Известия РАН, сер. химическая, 1994; 1154-1155). Однако эти реакции идут сложно, образуют побочные продукты полиприсоединения.

Также известен способ получения гидратированных n-фуллерен-аминокислот и фармацевтические композиции на их основе (RU 2458046), в котором техническая задача решается тем, что гидратированные фуллереновые производные аминокислот образуются при взаимодействии фуллерена с 15-кратным мольным избытком безводных калиевых солей аминокислот в среде органического ароматического растворителя при медленном добавлении к полученной суспензии межфазного катализатора при перемешивании и нагревании до температуры не выше 60-80°C до полного обесцвечивания раствора и формирования твердого осадка, который затем выделяют, после чего осуществляют обработку 0,8 М водных растворов калиевых солей фуллерен-аминокислот 0,1 Н раствором органических или минеральных кислот с последующим центрифугированием, промывкой и высушиванием осадка. Данный способ достаточно сложен из-за необходимости использовать катализатор и выполнять пооперационно технологические операции в несколько стадий, также полученный продукт будет требовать тщательной очистки от остатков катализатора.

Наиболее близким из известных к описываемому изобретению (прототипом) является способ получения аминокислотных и дипептидных производных фуллерена (Патент РФ №2124022, МПК С07К 9/00, опубл. 1998 г.), в котором для реакции с фуллереном используют натриевые или калиевые соли аминокапроновой, аминомасляной кислот и др. в форме комплексов с 18-краун-6, причем система гетерогенная: о-дихлорбензол - вода и нагрев при 60°C 6-8 часов, после чего растворители отгоняют, остаток обрабатывают насыщенным раствором хлористого калия и водой. Известный способ синтеза предполагает применение двухфазной системы нагрева, что отражается на низком выходе целевого продукта (не более 5% в расчете на фуллерен). Кроме того, в известном способе используют токсичный о-дихлорбензол, который является ирритантом, оказывающим наркотическое действие, повреждающим центральную нервную систему, печень, почки. Также имеет место фактор высокой температуры, что в случае оптически активных соединений (аминокислоты, пептиды, аминосахара) может приводить к их рацемизации. Кроме того, указанный способ ограничен применением солей аминокислот и краун-эфира, который повышает гидрофобность аминокислот. Для соединений, где отсутствует карбоксильная группа (аминосахара, полигидроксиламины), этот метод неприемлем.

Технический результат настоящего изобретения состоит в повышении производительности, технологичности и универсальности способа синтеза водорастворимых аддуктов фуллерена с различными ауксинами, расширении спектра получаемых продуктов и повышении их безопасности, а также в создании водорастворимых регуляторов роста растений на основе полученных соединений.

Техническая задача изобретения решается тем, что смесь аддуктов углеродных фуллеренов синтезируется следующим образом:

- на первом этапе смешиваются растворы ауксина и смеси фуллеренов фракции С50-С92 в соответствующих органических растворителях,

- бинарная смесь растворов подогревается при постоянном перемешивании до температуры проведения реакции 58-60°C,

- реакция проводится при постоянном возврате растворителей через обратный холодильник до достижения температуры 62-65°C, и далее по каплям в реакционную смесь добавляется концентрированная серная кислота до полного прекращения выделения газов из реакционной смеси,

- окончание реакции сопровождается изменением цвета системы и образованием ярко-оранжевой непрозрачной устойчивой коллоидной системы смеси продуктов синтеза,

- выделение продуктов синтеза из полученного коллоида проводится при добавлении необходимого количества подогретой до 100°С дистиллированной воды и разделении полученной системы в делительной воронке на водорастворимую фракцию и спирторастворимый остаток темного цвета.

Указанная техническая задача изобретения также решается путем создания водных растворов определенной концентрации на основе выделенной водорастворимой фракции полученной смеси аддуктов.

Технические решения изобретения можно проиллюстрировать следующими примерами.

Пример 1. Аддукт фуллерена - 2-этил-индол-3-n-пропилено-3,6:1,2[50-92]фуллерен

Смешивают 100 мл 2% раствора индолилмасляной кислоты в ацетоне и 50 мл 0.0002% раствора смеси фуллеренов фракции С50-С92 в толуоле, подогревают до 60°C, при постоянном помешивании приливают по каплям 5 мл концентрированной серной кислоты и прекращают реакцию при образовании коллоидной системы ярко-оранжевого цвета. Затем приливают в образовавшуюся систему 250 мл нагретой до 100°С дистиллированной воды и помещают смесь в делительную воронку, сливают водный раствор образовавшейся смеси продуктов синтеза и упаривают продукт до сухого остатка в вакуумном шкафу при температуре не выше 40°C. ИК-спектр продукта показывает снижение интенсивности характерных линий поглощения в области 1150 см-1 и 1250 см-1 и смещение этих пиков относительно спектров смеси фуллеренов, а также появление новых пиков в области 3500, 2950, 1670, 1460 и 1730 см-1, что говорит о протекающей химической реакции образования 2-этил-индол-3-n-пропилено-3,6:1,2[50-92]фуллерена.

Пример 2. Аддукт фуллерена - 2-этил-индол-3-n-пропилено-3,6:1,2[50-92]фуллерен

Смешивают 100 мл 2% раствора индолилмасляной кислоты в ацетоне и 50 мл 0.0002% раствора смеси фуллеренов фракции С50-С92 в ксилоле, подогревают до 60°C, при постоянном помешивании приливают по каплям 5 мл концентрированной серной кислоты и прекращают реакцию при образовании коллоидной системы ярко-оранжевого цвета. Затем приливают в образовавшуюся систему 250 мл нагретой до 100°С дистиллированной воды и помещают смесь в делительную воронку, сливают водный раствор образовавшейся смеси продуктов синтеза и упаривают продукт до сухого остатка в вакуумном шкафу при температуре не выше 40°C. ИК-спектр продукта показывает снижение интенсивности характерных линий поглощения в области 1150 см-1 и 1250 см-1 и смещение этих пиков относительно спектров смеси фуллеренов, а также появление новых пиков в области 3500, 2950, 1670, 1460 и 1730 см-1, что говорит о протекающей химической реакции образования 2-этил-индол-3-n-пропилено-3,6:1,2[50-92]фуллерена.

Пример 3. Аддукт фуллерена 2-метил-индол-3-n-пропилено-3,6:1,2[50-92]фуллерен

Смешивают 100 мл 2% раствора (3-индолилуксусной кислоты в метаноле и 50 мл 0.0002% раствора смеси фуллеренов фракции С50-С92 в толуоле, подогревают до 60°C, при постоянном помешивании приливают по каплям 5 мл концентрированной серной кислоты и прекращают реакцию при образовании коллоидной системы ярко-оранжевого цвета. Затем приливают в образовавшуюся систему 250 мл нагретой до 100°С дистиллированной воды и помещают смесь в делительную воронку, сливают водный раствор образовавшейся смеси продуктов синтеза и упаривают продукт до сухого остатка в вакуумном шкафу при температуре не выше 40°C. ИК-спектр продукта показывает снижение интенсивности характерных линий поглощения в области 1150 см-1 и 1250 см-1 и смещение этих пиков относительно спектров смеси фуллеренов, а также появление новых пиков в области 3500, 2950, 1670, 1460 и 1730 см-1, что говорит о протекающей химической реакции образования 2-этил-индол-3-n-пропилено-3,6:1,2[50-92] фуллерена.

Пример 4. Изучение влияния водного раствора 2-этил-индол-3-n-пропилено-3,6:1,2[50-92]фуллерена как регулятора роста растений

В качестве объекта биологического исследования была выбрана яровая пшеница твердого сорта «Харьковская 39». Посев проводили в чашках Петри. Сравнивали влияние на морфофизиологические свойства выбранного сорта пшеницы синтезированного регулятора роста по отношению к контрольному образцу, а также к исходному компоненту синтеза - индолилмасляной кислоте. Параметры эксперимента: среда - дистиллированная вода, питающий раствор Кноппа, температура 25±2°C, освещение постоянное люминесцентной лампой 650 лк, температура сушки 80°C, время сушки 30 мин.

Эксперимент проводили в трех биологических повторностях. Число семян, выбранных для посева, составило 30 шт. К раствору Кноппа в соответствующих вариантах добавляли раствор анализируемого регулятора (от 0,0001 до 0,00001% масс.), раствор индолилмасляной кислоты (от 0,001 до 0,0001% масс.). Разница в концентрациях индолилмасляной кислоты относительно исследуемого регулятора обусловлена предположительно более высокой активностью последнего. Проращивание семян пшеницы длилось 5 суток, по истечении которых измеряли длину проростка, его массу до и после термической обработки, количество и длину корней, а также их массу до и после термической обработки. Полученные данные представлены в виде сводной таблицы 1.

Системный анализ полученных данных показывает эффективность синтезированного регулятора в концентрациях на порядок меньше, чем индолилмасляная кислота. Десятикратное увеличение концентрации от нормы в 0,00001% вызывает подавление роста органов анализируемых объектов. Полученные данные указывают также на отсутствие существенной разницы между сухой и влажной массой в процентном отношении, хотя четко отмечена более высокая оводненность тканей исследуемых растений под влиянием синтезированного регулятора. Следует отметить, что синтезированный продукт сильнее влияет на длину надземной части, чем на массу и размер корневой системы. В целом синтезированный аддукт фуллерена в концентрациях 0,00001% масс. проявляет свойства стимулятора роста ауксинного типа. Очень низкая действующая концентрация анализируемого вещества может быть объяснена тем, что биологическое действие 2-этил-индол-3-n-пропилено-3,6:1,2[60]фуллерена обусловлено ускоренным перемещением остатка ИМК к рецепторам за счет высокого сродства молекулы фуллерена к биохимическим структурам.

1. Регулятор роста и развития растений на основе аддуктов ауксинов со смесью фуллеренов фракции С50-С92, отличающийся тем, что он содержит в своем составе, мас. %:

2. Регулятор роста и развития растений на основе аддуктов ауксинов со смесью фуллеренов фракции С50-С92 по п. 1, отличающийся тем, что он содержит растворимый в воде биохимический продукт химической реакции между фуллеренами различной молекулярной массы и ауксинами.

3. Способ получения регулятора роста и развития растений по п. 1 путем проведения химической реакции между смесью фуллеренов фракции С50-С92 и различными ауксинами, отличающийся тем, что химическая реакция проводится при подкислении серной кислотой в бинарной системе органических растворителей при температуре 58-60°C, разделение продуктов синтеза проводится подогретой до 100°C дистиллированной водой с последующим созданием водных растворов определенной концентрации на основе выделенной водорастворимой фракции полученной смеси аддуктов.

www.findpatent.ru

Фуллерены

Многие подтвержденные исследованиями свойства минерала шунгит плохо укладываются в современные представления, существовала гипотеза о присутствии в шунгите неизвестных науке веществ. И буквально несколько лет назад такие вещества были открыты. Это были Фуллерены. 

В шунгите были действительно обнаружены уникальные биологически активные вещества, причем совершенно не похожие на обычную органику - впрочем, и на неорганику тоже. Это были Фуллерены - пустотелые шарообразные молекулы из нескольких десятков или сотен атомов углерода.

Фуллерены необычны во всем, начиная с истории их открытия. Сначала Фуллерены были открыты в 1985 году на кончике пера - по расчетам ученых, пустотелые углеродные "мячики" из 60 и более атомов были вполне стабильны, но никто не знал, как их получить и где искать. После того как химики-теоретики рассчитали спектры тогда еще гипотетических Фуллеренов, астрономы обнаружили заранее предсказанные характерные спектральные линии Фуллеренов в космосе - в атмосферах углеродных звезд.

На Земле Фуллерены были впервые получены в пламени электрической дуги. Когда выяснилось, что Фуллерены содержатся в шунгите, первооткрыватели Фуллеренов, получившие, кстати, за свое открытие Нобелевскую премию в 1996 году, долго в это не верили - пока не исследовали присланные из России образцы шунгита. И оказалось, что в водорастворимой части шунгита содержится чуть ли не процент Фуллеренов - впервые обнаруженных буквально за десятки световых лет от Земли! Чем интересны Фуллерены? По своему строению это пустотелые "футбольные мячи" из углерода, поверхность которых "сшита" из смежных углеродных шестигранников, образующих сплошную сетчатую оболочку. Свое название Фуллерены получили в честь архитектора Фуллера - автора похожего на молекулу Фуллерена сферического павильона, собранного из плоских многоугольников, построенного на всемирной выставке ЭКСПО-67. Своими свойствами Фуллерены во многом напоминают графит. Во многом, но не во всем. Как и графит, Фуллерены достаточно инертны, в массе имеют черный цвет. Но, в отличие от графита, Фуллерены способны в неизменном виде растворяться в воде и органических растворителях, а также встраиваться в поверхность клеточных мембран. Углеродные шары Фуллеренов - иначе их называют углеродными глобулами, или кластерами - могут быть самых различных размеров и содержать от 60 до нескольких сот атомов углерода. В 1999 году российские ученые ухитрились получить многослойные Фуллерены, напоминающие матрешку: большой сферы из 560 атомов, в которую встроены два меньших шара из 240 и 60 атомов. Открыты и трубчатые разновидности углеродных кластеров - тубулены. Но самое интересное в Фуллеренах - не форма, а содержание. Та самая пустота, которая остается в середине "футбольного мяча". Потому что в эту пустоту можно при желании поместить все, что угодно, - от газов до фрагментов генетического кода. Чем, собственно, и занимаются физики, химики и биологи. Физики используют Фуллерены для создания органических солнечных батарей, химических лазеров и "молекулярных компьютеров", а также материалов с высокотемпературной сверхпроводимостью. Химики используют Фуллерены в качестве нового типа катализаторов и адсорбентов, обещающих самые радужные перспективы. А биологи и фармакологи используют шары Фуллерена для доставки внутрь клетки и размещения на поверхности клеточных мембран самых различных веществ, включая антибиотики, витамины и гормоны, в том числе фрагменты генокода при создании трансгенных животных и растений. Одним словом, "фаршированные" Фуллерены, включив в свою внутреннюю полость другие молекулы, приобретают совершенно новые свойства!  Среди антиоксидантов, известных к настоящему моменту, водные растворы Фуллеренов являются самыми мощными, хотя механизмы их действия принципиально иные, чем у обычных антиоксидантов.  Фуллерены качественно превосходят все другие антиоксиданты по силе и продолжительности действия. У них другой механизм действия. Если классические антиоксиданты - это восстановители, которые расходуются в ходе реакции, то Фуллерены - это катализаторы рекомбинации, взаимоуничтожения свободных радикалов и не расходуются вовсе.  Молекула обычного антиоксиданта - средство одноразовое. Встретив свободный радикал, она гибнет, модифицируется, образуя с ним безвредное соединение. На нейтрализацию одного радикала идет одна молекула антиоксиданта.А молекула Фуллерена действует по-другому. Свободные радикалы могут не только атаковать соседние биомолекулы, но и соединиться друг с другом - рекомбинировать, образовав безвредный продукт. Но для этого они должны встретиться, что при низких концентрациях маловероятно. А фуллереновый шарик имеет свойство собирать на своей поверхности свободные радикалы, которые довольно прочно "прилипают" к нему, встречаясь на его поверхности, и рекомбинируют, соединяясь друг с другом, - а Фуллерен остается сам собой. "Сватая" друг с другом свободные радикалы, Фуллерен ускоряет их рекомбинацию в сотни и тысячи раз. Поэтому даже микродозы Фуллерена - сотые и тысячные доли процента - действуют так же эффективно, как в десятки раз большие дозы других антиоксидантов. И после однократного введения фуллеренов в организм их действие длится неделями и месяцами. При этом цена синтетических Фуллеренов, получаемых в пламени гелиевой дуги, вполне приемлема. Что касается проблемы шунгита, то для нас важно не только наличие в нем Фуллеренов, но и "начинка" фуллереновых молекул, определяющая их биологические свойства. Так что вполне возможно, что основная живительная сила шунгита заключена не только в Фуллеренах. Не надо забывать о самом органоминеральном комплексе шунгита - той фантастически разнообразной смеси сложных органических веществ, составляющей 97-99 % водорастворимой органики шунгита, которая выходит в раствор вместе с Фуллеренами и определяет их свойства.

Итак полезные свойства шунгита носят двойственный характер. Свойства шунгита как природного сорбента хорошо известны и десятки лет используются не только в медицине, но и в технике - от водоподготовки до противогазов. Это же свойство шунгита используется и для фильтрации питьевой воды. Однако основные лечебные свойства шунгита заключены в уникальном водорастворимом органоминеральном комплексе веществ, образовавшемся в ходе химической эволюции древней биологической материи, законсервированной на дне моря два миллиарда лет назад. Сенсационное открытие в составе этой органической компоненты шунгита фуллеренов - только начало. Самые интересные открытия еще впереди. Что, впрочем, не должно мешать нам пользоваться шунгитом уже сегодня. Ведь наши далекие предки, в течение многих поколений открывавшие целебные свойства трав, источников и камней, не имели никакого представления о фармакологии, биохимии и таблице Менделеева - однако многие интуитивные открытия далекого прошлого, легкомысленно отброшенные основоположниками научной медицины, заново переоткрываются наукой на новой стадии ее развития. Так было с йогой, так было с магнитотерапией и иглоукалыванием - и так произошло с шунгитом и шунгитовыми водами.

Шунгит - минерал в высшей степени удивительный и уникальный. Но уникальность на хлеб не намажешь. Гораздо интереснее его близкие и дальние родственные связи, позволяющие лучше понять, что такое шунгит и как он действует. Для этого нужно обратиться к его "кровным родственникам" - аналогам геологическим и химическим. И тут оказывается, что многие "родственники" шунгита уже признаны научной медициной в качестве лечебных средств, либо природных лечебных факторов! К таким геологическим и биологическим аналогам шунгита можно отнести сапропель, соленые лиманные грязи, торф, нафталанскую нефть и ее аналоги, озокерит (горный воск), а отчасти - деготь и мумиё. Все эти столь не схожие друг с другом по свойствам и геологическому возрасту вещества объединяет то, что они первоначально образовались из живого вещества, претерпевшего естественные небиологические превращения (химическую эволюцию). Во всех случаях первичное биологическое вещество было сначала законсервировано в бескислородных условиях в виде биогенных органических осадков - озерных или морских. В дальнейшем первичная органика уплотнялась и претерпела длительную эволюцию в недрах земли. Но в результате возникли не просто месторождения более или менее горючей органики, но биологически активные органоминеральные бальзамы с особыми - в том числе лечебными - биологическими свойствами. Итак, сапропель. Сапропели - это сравнительно свежие, водонасыщенные, органоминеральные озерные осадки - одним словом, обычный озерный ил, добываемый прямо из озер. Состав сапропелей весьма индивидуален - что ни озеро, то свой состав осадков. Для сапропелей характерна малая степень превращения органики - в их составе определяется заметный процент усвояемых углеводов, жировых веществ, восков и даже белков, - так на дне озер образуются своего рода белково-витаминные консервы. Поэтому сапропели используются не только как органическое удобрение (как сказал Менделеев про нефть, "топить можно и ассигнациями"), но и в качестве кормовой добавки (до 5 и более процентов от рациона), непосредственно усваиваемой домашними животными. Да-да, именно как корм - естественный силос из пресноводного планктона, скопившийся на дне озер за многие тысячи лет, ничем не хуже силоса искусственного. Но в данном случае для нас важнее, что лечебные грязи со дна многих озер используются в бальнеологии. Не менее важно и то, что, по единодушному мнению всех геологов, именно из сапропелей - органического ила древнейшего Океана - два миллиарда лет образовались осадочные породы, которые после уплотнения и химической эволюции и стали шунгитом. Широко известные соленые лечебные грязи крымских лиманов - евпаторийские и им подобные - отличаются от пресноводных сапропелей только тем, что выпавшая на дно органика консервируется не только отсутствием кислорода, но и высокой соленостью воды. Действие этих природных бальзамов на организм уникально и в особой рекламе не нуждается. А в данном случае для нас важнее то, что геологические аналоги биогенных осадков, из которых возник шунгит, обладают безусловной биологической активностью. Хотя два миллиарда лет назад, когда формировались органические осадки, ставшие шунгитом, существовали только бактерии - о мхах и речи не было, - стоит упомянуть и торф. Торфяные лечебные грязи имеют хорошие вяжущие, заживляющие и антисептические свойства. Широко известно свойство торфа на сотни лет консервировать трупы людей и животных, не говоря уже о древесине. Препараты гуминовых кислот, извлекаемых из торфа, используются не просто как удобрения, а как стимуляторы роста растений, то есть как биохимические допинги. В медицине и ветеринарии торфяной мох благодаря своим бактерицидным и вяжущим свойствам успешно использовался в качестве перевязочного материала в военно-полевой хирургии. Важно, что примером торфа еще раз подтверждается правило: мертвая органическая материя, законсервированная в определенных условиях, сохраняет способность стимулировать живое вещество. Нафталанская нефть - еще один пример биологической активности древней органики, прошедшей более глубокое геохимическое превращение.  От других, более легких видов нефти лечебная нафталанская нефть отличается малым содержанием летучих фракций, зато в ее составе велико содержание сравнительно мало измененных биологических молекул, сохранивших структурное сходство с гликозидами, алкалоидами, флавоноидами, и другими биоактивными веществами растений. К озокериту (горному воску) можно отнести все, сказанное про нафталан. В медицине озокерит применяется для горячих аппликаций при болезнях суставов и позвоночника (озокеритолечение). Иногда для аналогичных процедур используется и очищенный белый парафин - но его действие ограничивается только теплом. Деготь. Хотя деготь имеет искусственное происхождение (сухая перегонка березовой коры и древесины), но сам процесс получения дегтя имеет глубокое сходство с генезисом нефти - просто избыток температуры компенсирует нехватку геологического времени. Это свойство делает применение дегтя в медицине во многом сходным с нафталаном (про мазь Вишневского наверное слышали все). Мумиё - еще один убедительный пример растительного сырья, прошедшего длительную естественную переработку. Как известно, широкая известность мумиё в медицине началась в 1970-х годах со случая, когда малоизвестный тогда травматолог Гавриил Илизаров взялся вернуть в большой спорт всемирно известного спортсмена Валерия Брумеля, нога которого была искалечена в катастрофе. Благодаря своему искусству и применению мумиё (называется цифра 2000 граммов) великий спортсмен вернулся на стадион и даже вновь прыгал выше двух метров, хотя, конечно, вновь выйти на уровень мирового рекорда ему не удалось. И если раньше, когда свойства мумиё не были признаны медициной, его добывали самыми немыслимыми путями, то сегодня отличное мумиё в промышленной расфасовке - отечественное и индийское - продается в аптеке по весьма доступным ценам. Мумиё представляет собой водорастворимую бурую смолистую массу с характерными бальзамическими вкусом и запахом, содержащую сложный органоминеральный комплекс веществ, первичное растительное происхождение которых можно считать доказанным. Однако крайне интересно, что лечебные свойства мумиё многократно превосходят лечебные свойства исходного материала - растений, произрастающих в тех краях. Получается, что химическая эволюция в недрах земли может многократно увеличивать биологическую активность первичного органического вещества. Таким образом, если бы мы ничего не знали о целебных свойствах шунгита, то биологические свойства его геохимических аналогов все равно подвели бы нас к открытию его целительной силы - сначала в теории, а потом на практике. Ведь, в отличие от истории и политики - наук "неестественных", - в естественных науках принцип аналогии давал и дает неизменно превосходный результат.

В ассортименте Потребительского Общества АРГО нет шунгитового фильтра, но есть дополнительные картриджи к фильтрам АРГО и Водолей, которые помимо цеолита содержат в своем составе шунгит. Поэтому если Вы, Наталья, будете приобретать эти фильтры, то имеет смысл приобрести картриджный вариант фильтра.

Также в продаже есть навеска шунгитового щебня весом 350 г, на ней настаивают воду в трёхлитровой банке в течении 2 суток и шунгитовая вода готова к употреблению. Я пользуюсь именно таким способом, мне он показался удобнее и эффективнее. Рекомендую единовременное использование двух упаковок шунгита, со сдвигом срока слива настоянной воды из одной емкости по отношению к другой. Это позволяет регулярно иметь более 2,5 л целебной воды ежедневно. Камешки следует использовать не более 6 мес, затем их нужно заменить на новые. Стоимость упаковки всего около 150 рублей, согласитесь, это ничтожная плата за 200 литров этой целебной воды... Также в ассортименте АРГО есть и другие товары из шунгита, они не имеют отношения к очистке воды, но тоже реально помогают людям и поэтому пользуются большим спросом.

Но для очистки организма от разного рода токсических веществ одной цеолитовой или шунгитовой воды далеко не достаточно. Вы можете пить чистейшую воду - но часть загрязнителей попадает в организм с пищей, часть вырабатывается внутри самого организма и зачастую плохо выводится печенью и почками, а часть вырабатывается микрофлорой желудочно-кишечного тракта - особенно в случае дисбактериоза и других нарушений пищеварения.

Очевидно, что все эти загрязнители - и внешнего, и внутреннего происхождения можно извлечь, поместив поглотитель (природный цеолит например) внутрь желудочно-кишечного тракта - а именно, в виде пищевой добавки. В фармакологии такого рода препараты и пищевые добавки с сорбционными свойствами, применяемые внутрь, называются энтеросорбентами. Главная особенность энтеросорбентов - то, что они поглощают токсины не только из желудочно-кишечного тракта, а за счет диффузии через стенки кишечника поглощают токсичные вещества из кровяного русла. И регулярное применение энтеросорбентов может, по оценкам медиков и физиологов, продлить средний срок жизни человека на несколько лет.

Однако, применять необработанные или некачественно очищенные природные цеолиты для человека опасно - они могут содержать токсические вещества, канцерогенные примеси, наконец, просто не обладать полезными эффектами. Требования к цеолитам в животноводстве значительно проще, чем для использования в пищевой и медицинской практике. Однако, российские работы, благодаря энтузиазму бывших руководителей и участников программы «Цеолиты России», благодаря мощнейшему научному, производственному потенциалу Сибири привели к созданию первой в мире технологии очистки, обогащения и стандартизации природных цеолитов. И об этом Выузнаете в следующей статье.

www.argo-rb.ru

Фуллерены нарушают работу ДНК • Новости науки на «Элементах» • Нанотехнологии, Биотехнологии

И только разобравшись с кластером, продолжить моделировать дальше, взяв nC60 кластер (400 Ангстр.) и относительно длинный кусочек ДНК (например, в 400 Ангстр., а не тот, что был взят в "их" расчетах: 12 пар нуклеотидов и с длиной ~ 40 Ангстр.). Получится ли после этого вообще какой-либо "комплекс" nС60-ДНК? А, какова вообще может быть вероятность встречи в достаточно вязкой среде живой клетки, в ее ядре, большого nC60 кластера (диаметром 400 Ангстр.) с узким и "плоским" торцом (диаметр ~11 Ангстр.) длинной стержнеподобной молекулы ДНК? Если же расчетчик не будет профессиональным биллиардистом, то эта вероятность, скорее всего, окажется пренебрежительно малой!Более того, если знать, что ДНК в клетке не бывает "голой", а существует там в виде комплексов с т.н. гистоновыми белками, то задача прогнозирования взаимодействий ДНК с фуллереновыми кластерами еще более усложниться и, в настоящее время, практически не разрешима ввиду ограниченных возможностей компьютерного моделирования столь сложных систем. И поэтому при решении подобных задач приходится принимать во внимание только результаты экспериментальных исследований, но не абстрактных "ура" прогнозов.

4. Также, авторы совершенно игнорируют факты того, что фуллерены способны достаточно сильно взаимодействовать с водой, хотя в своей статье цитируют и нашу работу (Andrievsky, G. V. et al. Chem. Phys. Letts. 364 (2002) 8.) и работу японских ученых (Deguchi, S., et al. Langmuir 17 (2001) 6013), в которых приводятся доказательства такого. Зачем же тогда цитировать? В оправдание ли того, что берут в своем моделировании единичные молекулы С60 вместо их агрегатов? Однако, как же взаимодействуют молекулы воды с С60, они не знают, да и знать не хотят, т.к. им легче придерживаться консервативного мнения о высокой гидрофобности фуллеренов и нерастворимости их в воде.Реально же, как мы показываем в своих публикациях, если молекулу фуллерена растворить в воде с образованием молекулярного раствора, то там она будет существовать только в виде гидрофильного(!) сферического супрамолекулярного комплекса "С60+nh3O" с постоянным составом прочносвязанной воды в первой гидратной оболочке = гидратированный С60 фуллерен [1, 2 и ссылки в них]. При этом свойства первой гидратной оболочки таковы, что она не может быть разрушена, пока вокруг гидратированного фуллерена имеется обычная, объемная вода. Как следствие, в водных системах взаимодействие гидратированных фуллеренов с иными молекулами (в т.ч. с биологическими) или же с неорганическими ионами происходит только за счет контактов их гидратных оболочек. Непосредственного же контакта "С60 - молекула (или ион)" не происходит: не позволяет прочная водная прослойка.Если бы американцы смогли учесть такое, то у них получились бы совершенно другие результаты и которые, м/б в чем-то, соответствовали и нашим экспериментальным наблюдениям по взаимодействию фуллеренов с биомолекулами (см. выше), и не противоречили бы фактам, в работах ими же цитируемых (например, Pang, D. W., et al. J. Electroanal. Chem. 567 (2004) 339).

В целом, обсуждаемая работа американцев - это абстракция чистой воды с абсолютно недопустимыми, спекулятивными выводами о возможной генотоксичности фуллеренов, но что безответственно выносится на общественное обсуждение и самими авторами статьи, а после, и неквалифицированными популяризаторами от науки в разных концах света!--------------------------------------------------

Далее, несколько слов о книге А. Орлова [4] и статье Я. Голованова в "Комсомолке"[5].Действительно, в статье Голованова (в 2002 году) сказано все правильно и соответствует фактам наших научных исследований. В книге, в главе о фуллеренах, которую писал А. Орлов на основании материалов интервью со мной (в 2003 году), журналистом добавлено слишком много эмоциональных выражений, но противоречия, которое Вы выискали по поводу торможении роста опухолей, реально не существует. В газете сказано, что рост опухоли подавляется на 30-70% (в среднем на 50%), а в интервью - в 1,5- 2. Все верно! А именно потому, что, если говориться о снижение второго параметра на 50% в сравнении с первым, то другими словами это означает, что второй параметр стал в 2 раза меньше, чем первый. Так, что с нашей стороны, ни в газете, ни в книге, ошибок не допущено! Просто Вам следует внимательно и вдумчиво вчитываться в то, как там написано, чтобы после не наводить тень на плетень!

Теперь о Вашем "уважении" Ярослава Голованова.Жаль, что его уже нет среди нас! Иначе бы он сам Вам ответил о том, о чем он может судить в этой жизни, а о чем нет! Вам же я порекомендовал найти и посмотреть одну из его последних книг: Я. Голованов. Этюды об ученых. Бишкек: АО "Учкун", 2002, - 544 с. Даже из этой книги Вам стало бы ясно, что круг его профессиональных интересов выходил далеко за рамки только лишь космических исследований. Поэтому Ваша глубокая неосведомленность и в этих вопросах, и в тех, которые Вы беретесь критиковать и ставить под сомнение, является причиной Ваши несправедливых выпадов по отношению и к Я. Голованову, и к проф. И. Буренину, и ко мне. Поэтому даю следующую информацию.Статья в Комсомолке [5] была подготовлена Головановым на основании аудио- и видио материалов расширенного заседания Ученого совета Российского Онкоцентра (РОНЦ РАМН, Москва, ноябрь 2001), на котором я и проф. Буренин делали расширенный доклад по результатам совместных испытаний гидратированных фуллеренов на животных с различными онкопатологиями, близкими к человеческим. В связи с этим с проф. Буренининым у нас имеется около десятка совместных публикаций (см. в моем списке публикаций), что подтверждает серьезность и большую значимость, того, что обнаружено в экспериментах.Кроме этого в своей статье Голованов использовал и материалы интервью с нами, и свидетельства очевидцев. Все это, в совокупности, дало ему моральное право добровольно принять решение по подготовке статьи в Комсомолку, и все, что он смог в ней сказать, все это верно и по-человечески честно!Поэтому если бы Вы знали хоть толику из того, что я Вам сообщил, то Вы бы не спешили навешивать на нас ярлыки по поводу "дешевых сенсаций".

Еще Вам не понравилось, что мы употребляем термин "препараты". Да, препаратом можно назвать и химический образец, и лекарственное средство. Здесь у каждого могут быть свои разночтения. Тем не менее, мы уже давно имеем прототипы различных лекарственно-профилактических препаратов на основе наших разработок. Более того, т.к. время не ждет и вследствие нашей убежденности в полной безвредности наших препаратов, уже более 10 лет, и мы сами, и наши близкие, и родственники, и знакомые, все с успехом пользуемся нашими разработками! Чаще такое бывает нужным для поддержания хорошего общего здоровья, защите от вирусных и простудных заболеваний, лечения и профилактики расстройств внутренних органов и пр. отклонений в здоровье, связанных, прежде всего, с общим понятием ВОСПАЛЕНИЕ и с нарушениями свободно-радикальных процессов, и при которых необходимо применять "разумную" антиоксидантную терапию и профилактику (см. список публикаций по названиям).О наших же клинических наблюдениях, так Вы сможете найти соответствующие ссылки в списке моих публикаций. Что касается официальной регистрации наших препаратов и налаживания их производства, то все основания для этого имеются (см. в частности файл проекта аннотации FWS and OW). А, если чего-то не хватает, так это отсутствие соответствующих финансовых средств и надежных, доверительных партнеров. Ждем, ищем!

И еще, немного философии.Вы сказали, что "не стоит вслед за Ярославом Головановым писать о них (о фуллеренах), как о панацее". Понятно, что у нас речь ведется не о чистых фуллеренах, а о наших препаратах на основе гидратированных фуллеренов. Но, когда люди узнают подробнее о наших разработках и сами убеждаются в весьма универсальной и только положительной биологической активности гидратированных фуллеренов, а также в том, как они могут помогать, в т.ч. наиболее оптимальным образом, то это, видимо, их право, как они могут подумать о гидратированных фуллеренах. Может быть, и как о панацее также? Я же, зная, что такие мысли возможны, придерживаюсь суждения, высказанного Альбертом Эйнштейном:"Есть две бесконечные вещи: Вселенная и человеческая глупость, хотя насчет Вселенной я не вполне уверен (Two things are infinite: the universe and human stupidity; and i'm not sure about the universe)",а от себя позволю добавить, что:"Ни какой панацеи не может быть найдено против человеческой глупости. Однако, разумные попытки, чтобы противостоять последней, следует предпринимать постоянно".

И последнее.Если Вам действительно стоит больших усилий заставить себя сходить по приводимым нами ссылкам, то лучше и не стоит себя утруждать этим. При необходимости мы их Вам можем предоставить бесплатно. А так, пожалуйся, доверяйте специалистам и, если надо, то просто советуйтесь с ними. Тогда Вы смело сможете транслировать новости науки в популярном виде, не скрывая Вашего имени.

Неторопливых Вам успехов в будущем!

От имени коллег,Григорий Андриевский.

========================================(*)- http://journalsonline.tandf.co.uk/(o4tder3mi4ftxqfazq425wzb)/app/home/linking.asp?referrer=linking&target=contribution&id=M7T221186524J137&backto=contribution,1,1;issue,8,9;journal,1,16;browsepublicationsresults,419,1243иhttp://cohesion.rice.edu/centersandinst/icon/search_details.cfm?mode=details&summaryid=45104&return=advancedsearch.cfm&listmax=25&list_page=1&returnmode=results

(**)-http:...

elementy.ru

это что такое? Свойства и применение фуллеренов

Молекулярная форма углерода или аллотропная его модификация, фуллерен, - это длинный ряд атомных кластеров Cn (n > 20), которые представляют собой выпуклые замкнутые многогранники, построенные из атомов углерода и имеющие пятиугольные или шестиугольные грани (здесь есть очень редкие исключения). Атомам углерода в незамещённых фуллеренах свойственно находиться в sp2 -гибридном состоянии с координационным числом 3. Таким образом формируется сферическая сопряжённая ненасыщенная система согласно теории валентных связей.

Общее описание

Самая термодинамически устойчивая при нормальных условиях форма углерода - графит, который выглядит как стопка едва связанных друг с другом графеновых листов: плоские решётки, состоящие из шестиугольных ячеек, где на вершинах - атомы углерода. Каждый из них связан с тремя соседними атомами, а четвёртый валентный электрон образует пи-систему. Значит, фуллерен - это именно такая молекулярная форма, то есть картина sp2 -гибридного состояния очевидна. Если ввести в графеновый лист геометрические дефекты, неизбежно образуется замкнутая структура. Например, такими дефектами служат пятичленные циклы (пятиугольные грани), точно так же распространённые наряду с шестиугольными в химии углерода.

Теорема Эйлера гласит, что получение замкнутого многогранника с трёхкоординированными вершинами возможно, если ввести двенадцать пятиугольников независимо от числа шестиугольных граней. Значит, минимального размера фуллерен - это формально додекаэдр C20. Однако кривизна подобных структур, имеющих малое количество атомов углерода, высока, а потому для sp2-гибридного состояния не очень выгодна, поскольку углерод предпочитает плоскую координацию. Вот почему самый малый в чистом виде получаемый фуллерен - это C60, имеющий структуру усечённого правильного икосаэдра. В нём шестиугольными гранями отделяются друг от друга все пятиугольные. Химия фуллеренов называет этот факт правилом изолированных пятиугольников, и ему подчиняется каждый реально доступный фуллерен.

Формула

Гидрантированный фуллерен обозначается С60 (C60HyFn). Это прочный супрамолекулярный гидрофильный комплекс, который состоит из одной молекулы фуллерена С60 в первой гидрантной оболочке и двадцати четырёх молекул воды. Это и есть фуллерен, формула которого - C60(h3O)24. Состоит он из двадцати шестиугольников и двенадцати пятиугольников, внешне напоминая футбольный мяч. Далее ряд фуллеренов дополняет C70, поскольку промежуточных структур, где были бы изолированы все пятиугольники, не существует. Начиная с C78 структура фуллерена позволяет наблюдать несколько устойчивых изомеров в каждом углеродном каркасе. Теоретически вполне возможно, что существуют фуллерены с атомами углерода любого чётного числа, "высшие фуллерены".

Получение фуллеренов происходит чаще всего электродуговым или электроннолучевым способом, а также посредством лазерного распыления графита в гелиевой атмосфере. Сажа, которая конденсируется на поверхности реактора, обрабатывается в кипящем бензоле, толуоле, ксилоле или прочих органических растворителях. Раствор выпаривается, образуя чёрный конденсат, на десять-пятнадцать процентов состоящий из фуллеренов C70 и C60, а также очень небольшого количества высших фуллеренов.

Соотношение между разными фурелленами может варьироваться, это зависит от параметров синтеза, однако обычно C60 преобладает, его больше в несколько раз. Среди высших более всего C78, C76 и C84. В общей же картине наблюдается падение доли фуллерена во всех продуктах синтеза. Это связано, скорее всего, с малой вероятностью сборки крупных структур из изначально испаряемых мелких кластеров.

Вода с фуллеренами

Наиболее распространённым и широко изучаемым является C60, где на одну молекулу собственно вещества приходится двадцать четыре молекулы воды. Эта молекула фуллерена имеет высокую симметрию, там все атомы эквивалентны. Её сферическая форма образуется расстоянием от ядер атомов до центра примерно в 0,36 нм и радиусом около 0,5 нм. Образуется молекулярный кристалл, где молекулы составляют кубическую гранецентрированную решётку, трёхслойную плотнейшую шаровую упаковку. При высокой температуре C60 сублимирует, не образуя жидкую фазу. Лучше всего он растворяется в ароматических веществах с растворителями типа сероуглерода, а в полярных - гораздо хуже. Вытянутой эллипсоидальной формы C70, так же, как высшие фуллерены, физические свойства имеет очень близкие к C60.

А в области химии все они гораздо более щедры и дают всяческие возможности, чтобы получить различные классы своих производных: металлофуллеренов, гетерофуллеренов. Богаче всех семейство продуктов экзоэндрального (внешнесферного) присоединения, потому что каждый атом углерода - доступный реакционный центр. Таковы свойства фуллеренов. К ним присоединяются, создавая новые продукты, атомы галогенов и водорода, органических радикалов, может происходить даже присоединение циклов. Так получаются полимерные материалы, содержащие фуллерены, многосферные соединения. К C60 присоединяется до сорока восьми заместителей, не разрушая углеродного каркаса. Так, например, получается C60F48, и много освоено таких соединений, где основой являются фуллерены.

Применение

Практически фуллерены интересны в совершенно разных областях. Учитывая их электронные свойства, можно рассматривать их самих и их производные как полупроводники. Фуллерены хорошо поглощают ультрафиолетовое излучение, у них высокая электроноакцепторная способность. Все эти свойства позволяют применять их в фотовольтаике, фотосенсорах, солнечных батареях, устройствах разнообразной молекулярной электроники. Задействуются фуллерены в медицине как противовирусные и противомикробные средства, как агенты в фотодинамической терапии и т. п.

Технологии современности позволили сравнительно быстро увеличить общее количество установок, чтобы получать больше фуллеренов, также всё лучше и эффективнее работают методы их очистки. Именно поэтому стоимость, например, С60 существенно снизилась за последние полтора десятка лет (с десяти тысяч до десяти-пятнадцати долларов за грамм). Теперь мы столкнулись с ситуацией, когда для реального промышленного использования к человеку попадают и фуллерены. Применение их растёт и ширится день ото дня.

Сведения об открытии

Названы фуллерены в честь знаменитого архитектора и инженера Ричарда Бакминстера Фуллера, который по принципу их строения придумал геодезические конструкции. Сначала этот класс соединений ограничивался структурами, которые включали только шести- и пятиугольные грани. Если в составе молекулы фуллерена кроме углерода присутствуют атомы иных химических элементов, и расположены они внутри каркаса углерода, то эти фуллерены называют эндоэдральными. Если же атомы других элементов расположились снаружи, то фуллерены получаются экзоэдральными. Свои имена эта молекулярная форма получила не очень давно - в 1985 году, когда группа исследователей неожиданно совершила открытие фуллерена. Смолл, Крото, Кёрл и другие химики изучали пары графита, которые получались при лазерной абляции (облучении) твёрдого вещества. Были обнаружены пики, которые имели максимальную амплитуду, соответствующую кластерам из шестидесяти и семидесяти атомов углерода.

Так были вычислены молекулы С60 и С70, а также выдвинута гипотеза, что первая молекула выстроена в форме усечённого икосаэдра. Именно самая распространённая С60 названа бакминстерфуллереном, а остальные молекулы - просто фуллеренами.

Учёные-химики хорошо разбирались в архитектуре и вспомнили Фуллера, который строил купола на зданиях именно так - пятиугольники, разделяющиеся шестиугольниками, что является основой структуры молекулярных каркасов абсолютно всех фуллеренов. Однако это - увлекательная история, и без интересной предыстории не обошлась. О возможности существования таких молекул несколько раньше было написано в Японии (1971 г.), а теоретическое обоснование было получено и опубликовано в СССР (1973 г.). Тем не менее именно Крото, Кёрл и Смолл получили Нобелевскую премию по химии.

Природа и технологии

Получение фуллеренов в чистом виде возможно путём искусственного синтеза. Эти соединения продолжают интенсивно изучать в разных странах, устанавливая условия, при которых происходит их образование, а также рассматривается структура фуллеренов и их свойства. Всё более ширится сфера их применения. Оказалось, что значительное количество фуллеренов содержится в саже, которая образуется на графитовых электродах в дуговом разряде. Ранее этого факта просто никто не видел.

Когда фуллерены были получены в условиях лаборатории, молекулы углерода начали обнаруживаться и в природе. В Карелии нашли их в образцах шунгитов, в Индии и США - в фурульгитах. Также много и часто встречаются молекулы углерода в метеоритах и отложениях на дне, которым не менее шестидесяти пяти миллионов лет. На Земле чистые фуллерены могут образовываться при разряде молнии и при сгорании природного газа. Пробы воздуха, взятые над Средиземным морем, были изучены в 2011 году, и оказалось, что во всех взятых образцах - от Стамбула до Барселоны - присутствует фуллерен. Физические свойства этого вещества обуславливают самопроизвольное образование. Также огромные его количества обнаружены в космосе - и в газообразном состоянии, и в твёрдом виде.

Синтез

Первые опыты выделения фуллеренов происходили через конденсированные пары графита, которые получали при лазерном воздействии облучением твердых графитовых образцов. Удавалось получить только следы фуллеренов. Лишь в 1990 году химиками Хаффманом, Лэмбом и Кретчмером был разработан новый метод добычи фуллеренов в граммовых количествах. Он заключался в сжигании графитовых электродов электрической дугой в атмосфере гелия и при низком давлении. Происходила эрозия анода, и на стенках камеры появлялась сажа, содержащая фуллерены.

Далее сажу растворяли в толуоле или бензоле, а в полученном растворе выделялись граммы в чистом виде молекул С70 и С60. Соотношение - 1:3. Кроме того, раствор содержал и два процента тяжёлых фуллеренов высшего порядка. Теперь дело было за малым: подбирать оптимальные параметры для испарения - состав атмосферы, давление, диаметр электродов, ток и так далее, чтобы достигнуть наибольшего выхода фуллеренов. Они составляли примерно до двенадцати процентов собственно материала анода. Именно поэтому и столь дорого фуллерены стоят.

Производство

Все попытки учёных экспериментаторов на первых порах были тщетными: производительные и дешёвые способы получения фуллеренов не находились. Ни сжигание в пламени углеводородов, ни химический синтез к успеху не привели. Метод электрической дуги оставался самым продуктивным, позволявшим получать около одного грамма фуллеренов в час. Фирма Mitsubishi наладила промышленное производство методом сжигания углеводородов, но их фуллерены не чисты - они содержат молекулы кислорода. И до сих пор остаётся неясным сам механизм образования данного вещества, потому что процессы горения дуги крайне неустойчивы с термодинамической точки зрения, и это очень сильно тормозит рассмотрение теории. Неопровержимы только факты о том, что фуллерен собирает отдельные атомы углерода, то есть фрагменты С2. Однако наглядная картина образования этого вещества так и не сформировалась.

Высокая стоимость фуллеренов определяется не только низким выходом при сжигании. Выделение, очистка, разделение фуллеренов разной массы из сажи - все эти процессы достаточно сложны. Особенно это касается разделения смеси на отдельные молекулярные фракции, которые проводятся посредством жидкостной хроматографии на колонках и с высоким давлением. На последнем этапе удаляются остатки растворителя из уже твёрдого фуллерена. Для этого образец выдерживается в условиях динамического вакуума при температуре до двухсот пятидесяти градусов. Но плюс в том, что во времена разработки фуллерена С60 и получения его в уже макроколичествах органическая химия приросла самостоятельной ветвью - химией фуллеренов, которая стала невероятно популярной.

Польза

Производные фуллеренов применяются в различных областях техники. Плёнки и кристаллы фуллерена - полупроводники, обладающие при оптическом облучении фотопроводимостью. Кристаллы С60, если их легировать атомами щёлочных металлов, переходят в состояние сверхпроводимости. Растворы фуллерена имеют нелинейные оптические свойства, потому могут использоваться как основа оптических затворов, которые необходимы для защиты от интенсивного излучения. Также фуллерен используют в качестве катализатора для синтеза алмазов. Широко применяются фуллерены в биологии и медицине. Здесь работает три свойства данных молекул: определяющая мембранотропность липофильность, электронодефицит, дающий способность взаимодействия со свободными радикалами, а также способность передавать молекуле обычного кислорода их собственное возбуждённое состояние и превращать этот кислород в синглетный.

Подобные активные формы вещества атакуют биомолекулы: нуклеиновые кислоты, белки, липиды. Активные формы кислорода используют в фотодинамической терапии для лечения рака. В кровь пациента вводят фотосенсибилизаторы, генерирующие активные формы кислорода - собственно фуллерены или их производные. Кровоток в опухоли слабее, чем в здоровых тканях, а потому фотосенсибилизаторы накапливаются в ней, и после направленного облучения молекулы возбуждаются, генерируя активные формы кислорода. раковые клетки испытывают апоптоз, и опухоль разрушается. Плюс к этому - фуллерены имеют антиоксидантные свойства и улавливают активные формы кислорода.

Фуллерен понижает активность ВИЧ-интегразы, белка, который отвечает за встраивание вируса в ДНК, взаимодействуя с ним, изменяя конформацию и лишая его основной вредительской функции. Некоторые из производных фуллерена взаимодействуют непосредственно с ДНК и препятствуют действию рестиктаз.

Ещё о медицине

В 2007 году начали использоваться водорастворимые фуллерены для употребления их в качестве противоаллергических средств. Исследования проводились на человеческих клетках и крови, которые подвергались воздействию производных фуллерена - С60(NEt)x и С60(ОН)x. В экспериментах на живых организмах - мышах - результаты были положительными.

Уже сейчас это вещество используется как вектор доставки лекарства, поскольку вода с фуллеренами (вспомним гидрофобность С60) проникает в мембрану клетки очень легко. Например, эритропоэтин - гормон почек, введённый непосредственно в кровь, в значительном количестве деградируется, а если использовать его вместе с фуллеренами, то концентрация возрастает более чем вдвое, и потому он попадает внутрь клетки.

fb.ru

Фуллерены: квинтэссенция здоровья : Шунгит – камень чистой воды

Уникальные лечебные свойства шунгита и шунгитовых источников долгое время не имели научного объяснения. Но эти свойства были настолько заметны, что медицина признала лечебные свойства шунгитовых вод даже до конца не установив их действующего начала. Тайна шунгита была раскрыта всего несколько лет назад. Оказалось, что таинственной квинтэссенцией шунгита являются Фуллерен - третья после алмаза и графита форма углерода в виде абсолютно симметричных полых шаров из 60 или 70 углеродных атомов.

Фуллерены были сначала предсказаны теоретически, потом с помощью спектрального анализа найдены в атмосферах красных углеродных звезд. После этого они были получены искусственно - с помощью дугового разряда в специальной газовой смеси. И только после этого Фуллерены были найдены на Земле - и только в составе шунгита.

Первой кто доказал, что особые свойства шунгита связаны с наличием фуллеренов, стала группа Григория Андриевского, работающая в Институте терапии Академии медицинских наук Украины. Когда работа над этой книгой уже подходила к концу, мне удалось встретиться с Григорием Андриевским в офисе фирмы "Викол" лично и задать ему все возникшие у меня вопросы.

- Григорий Владимирович! Среди специалистов по биомедицинским свойствам фуллеренов Вы считаетесь живым классиком. Впервые полученные и изученные Вами водные растворы фуллеренов в научном обиходе называют "растворами Андриевского". Поэтому позвольте начать с классического вопроса: как Вы пришли в науку и как начинались Ваши исследования?

- В химию я пришел не ради абстрактной науки, а чтобы приносить пользу людям. Не человечеству вообще - а реальным, живым и смертным людям. Что и привело меня в фармакологию. Это может показаться красивыми словами, но это действительно так. Конечно, не я первый человек, посвятивший жизнь поиску "эликсира долголетия". Другое дело, что мне и моим друзьям удалось заметно продвинуться в этом направлении. Мы стали первооткрывателями совершенно уникальных биологических и фармакологических свойств фуллеренов и вплотную подошли к их внедрению в практическую медицину. И здесь нам удалось опередить американцев, которые открыли Фуллерены.

- Вы биохимик?

- Не совсем. По исходному образованию я химик, а моя сегодняшняя специализация - биоорганическая химия, то есть стык физики, химии и фармакологии. Наша группа работает в Институте терапии АМН Украины в Харькове. Предыстория наших работ такова. Работал я в институте, который разделился на несколько научных центров, один из которых - это Институт биохимической физики имени Семенова. Академик Семенов - нобелевский лауреат, основатель Института, первооткрыватель цепных химических реакций с участием свободных радикалов - чрезвычайно активных промежуточных соединений, играющих громадную роль как в обычном горении, так и в биологических системах, а это непосредственно связано с нашей темой.

В свое время от Института биологической физики отделился сектор по биологическим и медицинским проблемам во главе с академиком Эммануэлем, который был основоположником изучения антиоксидантов. Это незаменимые для организма вещества, имеющие адаптогенные, иммуностимулирующие и радиопротекторные свойства. Более того - это вещества, без которых попросту невозможна жизнь. С изучения антиоксидантов и начинались наши работы, которые позже вывели нас на шунгит и биохимию фуллеренов.

- Какие из известных препаратов можно отнести к антиоксидантам?

- Наиболее известны витамины С, Е, каротины, которые используются в медицине как сами по себе, так и в составе биогенных препаратов и продуктов - облепихового масла, масла из зародышей пшеницы, проростков. Эти непохожие друг не друга продукты и препараты широко известны и не нуждаются в рекламе. Они нормализуют все функции организма, включая репродуктивную, прекрасно лечат ожоги и раны, снимают усталость и депрессию, ускоряют обезвреживание печенью разного рода токсинов - то есть являются гепатопротекторами. Благодаря этому антиоксиданты входят в состав большинства косметических композиций и поливитаминных комплексов. Но главное, что объединяет антиоксиданты, - это механизм их действия.

- Но при чем тут Фуллерены?

- А при том, что среди антиоксидантов, известных к настоящему моменту, Фуллерены, точнее, их водные растворы являются самыми мощными, хотя механизмы их действия принципиально иные, чем у обычных антиоксидантов. Они действуют даже в сверхмалых дозах, а их действие даже после однократного приема длится месяцами.

О Фуллеренах мы сначала не знали ничего, кроме того, что они существуют и найдены в шунгите - минерале, придающем особые лечебные свойства знаменитым Марциальным водам. Лечебные свойства Марциальных вод тогда уже были заново открыты и изучены, но действующее начало найти так и не смогли. И тогда мы предположили, что лечебные свойства шунгитовых источников связаны с молекулярным углеродом.

Так что первые опыты с Фуллеренами мы начали с водяной вытяжки шунгита - сегодня такая вытяжка продается как косметическая вода "Роса". Чтобы проверить нашу гипотезу напрямую, мы вышли на американских коллег, которые получили химически чистые Фуллерены искусственно - в электрической дуге, но совершенно не представляли его биологических свойств. Отстают они и сейчас.

Под наши испытания американцы подарили нам всего лишь грамм Фуллерена - но этого грамма нам хватило на первые пять лет, за которые мы провели огромную массу экспериментов, раскрывших нам первые биологические тайны фуллеренов.

- Как же удалось опередить американцев в области, за которую они получили Нобелевскую премию?

- Очень просто. Синтезировав Фуллерены, наши американские коллеги не смогли перевести их в биологически активную форму - водный раствор. Они считали, что Фуллерены, как типично гидрофобные молекулы, в воде не растворяются, биологически инертны, и махнули на биохимию фуллеренов рукой.

Мы же не умели получать Фуллерены - но у нас уже был опыт работы с шунгитом, который содержал не просто Фуллерены, а гидратированные Фуллерены, способные экстрагироваться водой. У нас был большой опыт работы с другими антиоксидантами. Но самое главное, у нас была научная школа, позволявшая ставить проблемы, понимать и анализировать результаты экспериментов.

- В результате чего растворы синтетических фуллеренов в воде назвали "растворами Андриевского"?

- Да, назвали - но это не моя инициатива. Но задача была непростой, хотя мы знали, что она имеет решение. Для того чтобы Фуллерен растворился в воде, надо затратить определенную энергию, оторвать углеродные "мячики" друг от друга и заключить их в многослойную гидратную оболочку из ориентированных молекул воды, мешающих молекулам Фуллерена вновь слипнуться и выпасть в осадок. Нам удалось найти способ, как это делать, и даже запатентовать его. У нас уже есть патент Украины, идет оформление российского патента.

Видите эти пробирки? Вот в этой - желтый раствор шунгита в бензоле. А вот эта ярко-фиолетовая жидкость - полученный из него по нашей технологии раствор Фуллерена в воде. Весьма, кстати, очень и очень концентрированный. В терапевтических концентрациях раствор Фуллерена бесцветен.

Американцы пошли другим путем. Считая, что Фуллерены растворить нельзя, они пошли по пути химической модификации, присоединяя к идеальному "углеродному шару" дополнительные "хвосты". В общем-то вполне стандартный метод увеличения растворимости, аналогичный переработке парафина в водорастворимое мыло. Но химические производные фуллеренов оказались токсичными, в то время как чистые Фуллерены абсолютно нетоксичны - мы это многократно проверяли. Вот так мы опередили первооткрывателей.

- Григорий Владимирович! Так в чем существо Ваших открытий? Как действуют и что лечат Фуллерены?

- Прежде чем ответить на вопрос, остужу слишком горячий энтузиазм, в данном случае это не помешает.

Поскольку после Нобелевской премии тема фуллеренов и без того стала слишком модной, а наша беседа станет достоянием гласности, я хотел бы еще раз напомнить: официальная клиническая апробация наших препаратов на основе фуллеренов не завершена.

Пока шли только опыты на добровольцах, включая меня самого. Поэтому не следует подогревать ажиотаж и внушать несбыточные надежды больным. Да, у нас есть многообещающие результаты фундаментальных исследований, полученные в основном на животных и клеточных культурах. Но, пока препараты и методики не прошли проверки и апробации в установленном порядке, мы не имеем ни морального, ни иного права называть их лекарственными препаратами и лечебными методиками.

Поэтому предупреждаю: в случае серьезных заболеваний надо начинать лечение уже известными методами, ни в коем случае не затягивая диагностику и начало лечения. Впрочем, у нас есть официально признанные медициной растворы фуллеренов - минеральные воды шунгитовых источников и другие препараты из шунгита, но пока это бальнеология и парафармацевтика, но не фармакология.

Если говорить о фундаментальных свойствах фуллеренов, проявляемых как на уровне клетки, так и на уровне организма, то в первую очередь это - наиболее мощные из известных антиоксидантов, подавляющие процессы перекисного и свободнорадикального окисления.

Во-вторых, они нормализуют клеточный обмен веществ, усиливают активность ферментов и повышают устойчивость клетки, включая ее генетический аппарат, к внешним воздействиям, от нагрева до вирусного заражения. Повышается регенеративная способность тканей.

В-третьих, Фуллерены нормализуют нервные процессы, влияя на обмен нейромедиаторов, повышая работоспособность и устойчивость к стрессу.

Кроме того, Фуллерены имеют выраженное противовоспалительное и антигистаминное действие, благодаря чему снимают боли, подавляют широкий круг аллергических заболеваний и повышают иммунитет.

Что касается онкологии, то слушайте внимательно: да, Фуллерены снимают побочные эффекты лучевой и химической терапии и значительно - в полтора-два раза - тормозят рост опухолей. Но только тормозят, а не лечат! Поэтому Фуллерены, в принципе, не могут заменить ни лечения, ни, тем более, диагностики рака! Увы, это только хорошее вспомогательное средство при комплексной терапии рака, но сегодня даже в этом качестве Фуллерены официального признания в качестве лечебных препаратов пока не получили.

Но, повторюсь, главное свойство водных растворов Фуллерена - мощное антиоксидантное действие, способность снижать концентрацию свободных радикалов, перекисных соединений и других так называемых активных форм кислорода (АФК).

- Насколько я представляю, свободные радикалы - это короткоживущие, но крайне химически активные вещества, которые возникают при окислении, горении, радиоактивном облучении?

- Именно так. Это фрагменты молекул со свободной, ненасыщенной химической связью. Если нарисовать структурную формулу, то у свободного радикала одна палочка - то есть ненасыщенная связь не соединяет два атома, а торчит в пространстве, активно стремясь к чему-нибудь присоединиться. Впервые открытые нобелевским лауреатом академиком Семеновым свободные радикалы играют ключевую роль в процессах горения, окисления, тепловой и радиационной деструкции полимеров. Это не стойкие, но крайне агрессивные вещества, молекулы которых живут доли секунды, - и заканчивают тем, что окисляют окружающие биомолекулы.

Благодаря своему свойству окислять биомолекулы, включая генетический материал, в живой природе свободные радикалы "ответственны" за лучевую болезнь, воспалительные процессы, возникновение генетических дефектов. И как следствие - подавляют и Нарушают иммунитет, участвуют процессе старения и возникновения онкологии. Им противостоят антиоксиданты - вещества, которые "ловят" свободные радикалы до того, как они нанесут вред клеточным структурам. Образно говоря, они грудью заслоняют важные клеточные структуры, в первую очередь генетический аппарат, и, сгорая сами, обезвреживают свободные радикалы.

В состав любой живой клетки обязательно входят антиоксиданты- аскорбиновая кислота, токоферолы - витамин Е, каротины и ряд других, недостаток которых у человека приводит к тяжелым нарушениям типа цинги, а некоторый их избыток значительно укрепляет иммунную и репродуктивную системы, ускоряет заживление и регенерацию тканей. Именно в этом и заключаются фармакологические свойства витаминов С и Е, каротинов и содержащих их препаратов - облепихового масла, масла зародышей пшеницы. Чувствуете закономерность? Загляните в Справочник лекарственных препаратов - там Вы найдете много дополнений.

Кстати, токоферолы не зря накапливаются в семенах, особенно в их зародышевой части: они защищают генетический аппарат ростка от химического повреждения активным кислородом в течение долгих лет спячки. А в ходе прорастания количество антиоксидантов в проростках вырастает еще в несколько раз: при интенсивном делении гены особенно уязвимы и нуждаются в особой защите. Отсюда, кстати, - особые лечебные свойства проростков, которые все шире используются в качестве лечебного продукта питания. А в основе действия - антиоксиданты.

- А откуда же берутся в организме свободные радикалы?

- Свободные радикалы образуются при самых различных процессах: под действием радиации, при горении, под

действием озона и других окислителей, включая и кислород воздуха. Возникают они и внутри живой клетки, особенно если клеточный обмен веществ расстроен. Например, твердо установлено, что воспалительные процессы сопровождаются значительным ростом уровня свободных радикалов. Резко повышено количество свободных радикалов и в опухолевых тканях.

- Таким образом, концентрация свободных радикалов - это и причина патологии, и следствие патогенных воздействий, и одновременно чувствительный диагностический показатель ?

- Безусловно. Дело в том, что при ряде патологических состояний причины и следствия заболеваний образуют порочный круг. Например, лучевое поражение, имеющее свободнорадикальную природу, приводит к воспалению, в ходе которого концентрация свободных радикалов в ткани продолжает расти, поражая все системы клетки, и в первую очередь - систему наследственности. Одним словом, "принцип домино". Для того чтобы началось выздоровление, этот причинно-следственный круг надо разомкнуть. И этого можно добиться с помощью антиоксидантов.

Вот, например, почему антиоксиданты в качестве радиозащитных средств действуют не только во время облучения, но и после него, когда свободные радикалы, возникшие в ходе облучения, уже сделали свое черное дело.

Ведь что такое обмен веществ? Это низкотемпературное каталитическое горение пищевых веществ, сгорающих до воды и углекислого газа. Но это горение проходит через целый ряд последовательных стадий, в ходе которых образуются различные промежуточные продукты окисления, в том числе и свободные радикалы. Эти цепочки превращений называют биохимическими циклами. В идеальных условиях промежуточные продукты обмена веществ не накапливаются. Но если одна из стадий биохимического цикла нарушена - допустим, один из ферментов дезактивирован температурой, то промежуточные продукты обмена веществ, часто ядовитые, начинают накапливаться и вызывают поражение ткани. Вот вам схематичная картина воспаления.

Грубо говоря, нарушение клеточного обмена веществ приводит к накоплению в клетках продуктов неполного сгорания пищевых веществ, включая свободные радикалы и другие формы активного кислорода. Такие нарушения обмена могут быть вызваны усталостью, старением, отравлением, ожогом, онкологическим перерождением - и во всех случаях антиоксиданты, особенно водные растворы фуллеренов, избирательно подавляют образование свободных радикалов, никак не тормозя обычного обмена веществ. В норме реакции окисления идут при посредстве строго определенных ферментов и в "специально отведенных местах" клетки - в митохондриях. А избыток свободных радикалов - это признак того, что пламя вырвалось из-под контроля и поджаривает клеточные структуры, и в первую очередь - генетический аппарат. И дополнительные антиоксиданты работают в качестве огнетушителей.

- Выходит, свободные радикалы - это универсальное разрушительное начало, квинтэссенция болезни, ответственная за старение, воспаление, онкологию, генетические нарушения, в то время как антиоксиданты - это универсальное защитное, жизнетворное начало? Борьба биохимических воплощений добра и зла, жизни и смерти?

- Да, именно так. Свободные радикалы вызывают хромосомные нарушения, а повреждение хромосом - это и старение, и онкология, и лучевая болезнь, и снижение иммунитета. Посмотрите, как тесно связаны эти явления! В организме постоянно идет борьба между здоровыми началами, системами биохимической защиты и факторами разрушения.

- Получается, что антиоксиданты - это панацея, "магическая пуля", убивающая болезни?

Я ученый, и в панацею не верю. Лечить надо причины болезни, а нарушения бывают не только функциональными, но и органическими. Так что антиоксиданты, включая шунгит и искусственные препараты фуллеренов скорее, резерв здоровья - адаптогены и стимуляторы и противоядия широкого действия, но никак не панацея.

- Кстати, чем же Фуллерены настолько лучше других антиоксидантов, что Вы бросили всё и занимаетесь только Фуллеренами?

- А что бы сделали Вы, получив стальной топор вместо каменного?

Фуллерены качественно превосходят все другие антиоксиданты по силе и продолжительности действия. У них другой механизм действия. Если классические антиоксиданты - это восстановители, которые расходуются в ходе реакции, то Фуллерены - это катализаторы рекомбинации, взаимоуничтожения свободных радикалов и не расходуются вовсе.

Если бы нобелевский лауреат Лайнус Полинг - открыватель витамина С, применивший аскорбиновую кислоту как иммуностимулятор и антиоксидант, дожил бы до эпохи фуллеренов, он поступил бы, как я. Кстати во многом благодаря регулярному употреблению повышенных доз витамина С Полинг дожил до 90 с лишним лет. А поскольку по своему действию Фуллерены аналогичны витаминам, С 60 можно смело назвать "витаминной формой углерода".

Так, Фуллерены как антиоксиданты в сотни и тысячи раз эффективнее, чем те же витамины С и Е. Откуда такая разница? Напомню, что молекула обычного антиоксиданта - средство одноразовое. Встретив свободный радикал, она гибнет, модифицируется, образуя с ним безвредное соединение. На нейтрализацию одного радикала идет одна молекула антиоксиданта. Око - за око, зуб - за зуб.

А молекула Фуллерена действует по-другому. Свободные радикалы могут не только атаковать соседние биомолекулы, но и соединиться друг с другом - рекомбинировать, образовав безвредный продукт. Но для этого они должны встретиться, что при низких концентрациях маловероятно. А фуллереновый шарик имеет свойство собирать на своей поверхности свободные радикалы, которые довольно прочно "прилипают" к нему, встречаясь на его поверхности, и рекомбинируют, соединяясь друг с другом, - а Фуллерен остается сам собой. "Сватая" друг с другом свободные радикалы, Фуллерен ускоряет их рекомбинацию в сотни и тысячи раз.

Таким образом, Фуллерен работает точно так же, как каталитический нейтрализатор выхлопных газов на автомобиле, - он "дожигает" на своей поверхности свободные радикалы, не меняясь сам, - и тем самым очищает внутреннюю среду организма.

Поэтому даже микродозы Фуллерена - сотые и тысячные доли процента - действуют так же эффективно, как в десятки раз большие дозы других антиоксидантов. И после однократного введения фуллеренов в организм их действие длится неделями и месяцами.

- Насколько быстро Фуллерен выводится из организма? Какова его фармакокинетика?

- Сами по себе немодифицированные Фуллерены очень инертны и как следствие малотоксичны. Они выводятся через почки в неизменном виде, и достаточно медленно. Фуллерены накапливаются в печени, являясь при этом активными гепатопротекторами - то есть препаратами, защищающими печень от токсических воздействий и ускоряющими нейтрализацию токсинов. Гепатопротекторные свойства фуллеренов мы изучали очень подробно и глубоко. Здесь мы подходим к другому биологическому свойству Фуллерена - антитоксическому действию, способности ускорять обезвреживание ядов и токсинов самой разной природы.

- Включая ожоговую интоксикацию? Вы хотите сказать, что внутренние токсины, возникающие при ожогах и других некротических процессах, имеют свободнорадикальную природу?

- Именно. Мы проводили эксперименты на животных по ожоговому стрессу, и все закономерности действия фуллеренов сохраняются и тут. Интоксикация снижается, заживление ускоряется.

- А лучевые ожоги и лучевая болезнь? Изучались ли радиозащитные свойства фуллеренов?

- Специально радиопротекторные свойства Фуллерена не изучались - нельзя объять необъятное. Но проводились опыты на добровольцах - онкологических больных, проходящих курс лучевой терапии. Так вот, у наших добровольцев картина крови - уровень гемоглобина и другие показатели - восстанавливалась в течение двух недель после облучения. Обычно после такого курса лучевой терапии картина крови восстанавливается через три-четыре месяца Здесь же Фуллерены защитили прежде всего наши красные кровяные тельца и кроветворную систему.

- Значит, Фуллерены все же обладают радиопротекторными свойствами?

- Уточняю: радиопротекторы - вещества, эффективные ДО облучения. А Фуллерены эффективны как до, так и после облучения - хотя, сами понимаете, с лечением лучевых поражений лучше не запаздывать.

- Вы сказали, что Фуллерены существенно повышают жизнестойкость, включая иммунитет и другие показатели, определяющие "биологический возраст" организма и его систем. Не пытались ли Вы хотя бы приблизительно оценить, насколько Фуллерены продлят средний срок жизни при их систематическом применении?

- Ну вот, опять мы вернулись к вопросу о панацее. Панацеи не бывает. Можно применять самые лучшие и эффективные препараты - и в то же время вести самый нездоровый образ жизни, вредить собственному здоровью, сводя их действие на нет. Но в принципе, при системном применении наши препараты здорово защищают от многих и многих патологий. Строго говоря, Фуллерен - не лекарство в обычном смысле слова. Лекарство лечит определенную болезнь, а Фуллерен действует на системном уровне. Фуллерен вообще не вписывается в обычную фармакологическую классификацию, поскольку действует, не изменяясь. Но в целом я бы определил его, как адаптоген и иммуномодулятор широкого спектра действия.

Это хорошо вписывается в гипотезу, считающую Фуллерены той первичной углеродной матрицей, на основе которой возникла сама жизнь.

- Вы говорите об участии фуллеренов в происхождении жизни. Но если Фуллерены и сегодня - экзотика, то откуда они могли взяться в "первичном бульоне" 3-4 млрд лет назад, причем в заметном количестве?

- Вопрос интересный - в том числе для меня самого. Потому что, занимаясь биохимией, рано или поздно выходишь на проблему эволюции биохимических систем и, соответственно, на проблему возникновения жизни. Действительно, откуда могли взяться Фуллерены в архейскую и протерозойскую эры и почему их нет сегодня? Тут надо вспомнить, что Фуллерены получают при электрическом разряде в атмосфере, содержащей углерод. Судя по всему, в первичной земной атмосфере, где было много углекислого газа, определенный процент метана и достаточно мало кислорода, Фуллерены могли образовываться под действием атмосферных разрядов. Тут, кстати, не мешало бы повторить классические опыты по химической эволюции "первичного бульона", проверив смесь на наличие фуллеренов.

За сотни миллионов лет благодаря своей химической инертности Фуллерены могли накопиться сначала в Океане, а потом и в живой материи. Возможно, именно так Фуллерены вошли в состав шунгита, возникшего из донных биогенных осадков свыше двух миллиардов лет назад.

В те времена Фуллерены были, судя по всему, широко распространены и входили в состав живой материи. Позже, когда растения изменили состав первичной земной атмосферы, заменив углекислый газ кислородом, образование фуллеренов при грозовых разрядах прекратилось, и они исчезли из окружающей среды, поскольку живая материя могла Фуллерены накапливать и использовать, но не синтезировать.

Таким образом, в "первичном бульоне", в котором возникла жизнь, вполне могли быть заметные количества фуллеренов, игравшие значительную роль в обмене веществ древнейших организмов. Но позже Фуллерены исчезли из природной среды, оставшись, пожалуй, только в шунгите как своего рода "геологических консервах".

Изучая Фуллерены, не устаешь удивляться тому, насколько естественно они вписываются в физиологию клетки. Похоже, что мы имеем дело со скрытой потребностью живых организмов в Фуллеренах, заложенной на ранних этапах эволюции, когда Фуллерены были широко распространены в природе.

Если продолжить тему "первичного бульона", то хотелось бы обязательно сказать о другом уникальном свойстве фуллеренов - способности структурировать воду.

Мы уже говорили, что Фуллерены растворяются в воде с большим трудом. Зато если они растворены, вокруг каждого шара образуется многослойная оболочка из правильно расположенных молекул воды, примерно в десять молекулярных слоев. Эта водяная, иначе говоря гидратная, оболочка молекулы Фуллерена и есть структурированная вода.

Сколько воды может структурировать фуллерен? Поскольку диаметр гидратной оболочки десятикратно превышает поперечник углеродной сферы, ее объем, а, соответственно, и масса структурированной Фуллереном воды будет пропорциональна кубу линейного размера - и превысит массу Фуллерена примерно в тысячу раз.

Таким образом, Фуллерен структурирует в сотни раз большую массу воды. Иначе говоря, что уже сотые доли процента Фуллерена способны структурировать значительную долю раствора. Видите? Фуллерен и здесь действует в малых и сверхмалых дозах.

По своим свойствам структурированная вода, окружающая молекулу Фуллерена, существенно отличается от обычной.

В частности, она замерзает не при 0, а при - 2, 8°. Когда мы берем результаты достаточно старых исследований о плавлении воды, окружающей биомолекулы, мы получаем ту же самую цифру. Таким образом, в растворе выделяется два сорта воды: структурированная вода, окружающая Фуллерен и биомолекулы, и свободная вода. При выпаривании растворов в первую очередь испаряется именно свободная вода. Такая же водная оболочка с пониженной температурой плавления образуется вокруг молекул ДНК, в растворах ферментов.

Например, рассчитано, что на одно звено двойной спирали ДНК приходится 24 молекулы структурированной воды. В непосредственной близости от молекулы Фуллерена находятся 22 молекулы воды. И сегодня биохимики все больше убеждаются, что физиологическое состояние клеточных структур во многом зависит от состояния этой водной оболочки биомолекул и их активных центров. И Фуллерены, структурируя воду, стабилизируют и защищают окружающие биомолекулы, что также подтверждено экспериментально.

- В чем это проявляется и насколько?

- Присутствие в растворе фуллерена повышает устойчивость биомолекул - белков, ДНК к тепловым воздействиям. Что такое смерть от перегрева или ожог? Это прежде всего денатурация - необратимое разрушение тонкой, вторичной структуры белков, после чего белки способны служить не более, чем пищей. Раньше считалось, что температура денатурации - величина для каждого белка постоянная. Оказалось, что это далеко не так - а дело в стабильных водных структурах, образуемых фуллеренами.

В присутствии фуллеренов температура денатурации белка повышается на 5-10°, что, по меркам биологии, исключительно много. Например, нормальную температуру тела 36, 5° отделяют от порога тепловой смерти - около 42° - те же 5°. Такое резкое повышение устойчивости биомолекул к перегреву в присутствии фуллеренов - еще одна научная сенсация.

Изучая влияние фуллеренов на работу ферментов, мы обнаружили, что не только возросла температура их денатурации, при которой они перестают работать, но их активность при повышенных температурах повышается. Как известно, кривая скорости биохимических реакций плавно растет с температурой, достигает максимума - обычно где-то на уровне максимальной температуры тела, после чего идет на спад: высокая температура приводит к денатурации фермента и потере его активности. А фуллерены сдвигают максимум этой кривой в область высоких температур.

Когда мы нагревали раствор до температуры, при которой фермент должен был разрушиться, - он начинал работать еще активнее. И таких данных по повышению тепловой устойчивости биомолекул сегодня накапливается все больше.

- А на уровне целого организма это проявляется?

- Фуллерены повышают тепловую устойчивость всего организма, в том числе и млекопитающих. Так что прием фуллеренов в числе прочего повысит Ваши шансы на выживание в пустыне.

- И появится новый вид допинга в беге и велосипедных гонках?

- Возможно. Поле деятельности тут поистине безгранично. Работы по фуллеренам быстро расширяются.

Помимо нас сегодня эксперименты с фуллеренами ведутся в МГУ, Институте иммунологии и других научных центрах мирового уровня.

- Каковы Ваши ближайшие планы?

- Они достаточно очевидны. Первый этап фундаментальных исследователей закончен. Настает этап внедрения разработанных нами препаратов в широкую медицинскую практику. Собственно, ради этого все и начиналось.

argo-tema.ru

Перспективы применения фуллерена С60 в медицине

Алхимия «волшебной сажи»

Дмитрий Джагаров, «Биомолекула»

В 1985 году была открыта молекула, состоящая из 60 атомов углерода, устроенная наподобие футбольного мяча, – фуллерен, названный так в честь инженера Ричарда Фуллера, прославившегося конструкциями именно такой формы. Помимо своей удивительно симметричной формы, эта молекула, являющаяся третьей (после алмаза и графита) аллотропной формой углерода, оказалась чем-то вроде философского камня алхимиков [1].

До последнего времени она не перестает удивлять ученых своей крайне низкой токсичностью [2, 3] (особенно по сравнению с чем-то похоже устроенными нанотрубками [4]) и другими удивительными свойствами [5]. Механизмы взаимодействия фуллеренов с клетками пока не ясны, но результат поистине можно назвать волшебством [6].

Вот далеко не полный перечень тех свойств, которые заинтересовали медиков и биологов. Фуллерен и его производные можно использовать:

• для защиты организма от радиации и ультрафиолетового излучения [7, 8];
• для защиты от вирусов [9] и бактерий [10];
• для защиты от аллергии [11]. Так, в экспериментах in vivo введение производных фуллерена ингибирует анафилаксию у мышей, и при этом токсического эффекта не наблюдается;
• как вещество, стимулирующее иммунитет [12];
• как мощный антиоксидант [13], поскольку он является активным акцептором радикалов. Антиоксидантная активность фуллерена сопоставима с действием антиоксидантов класса SkQ («ионов Скулачева») и в 100–1000 раз превышает действие обычных антиоксидантов, таких как витамин Е, бутилгидрокситолуол, β-каротин;
• как лекарственные препараты для борьбы с раковыми заболеваниями [14, 15];
• для ингибирования ангиогенеза [16];
• для защиты мозга от алкоголя [17, 18];
• для стимуляции роста нервов;
• для стимуляции процессов регенерации кожи. Так, фуллерен является важным компонентом косметических омолаживающих средств GRS и CEFINE;
• для стимуляции роста волос [19];
• как лекарство с антиамилоидным действием [20].

Помимо этого, фуллерен может использоваться для доставки в клетку различных лекарственных веществ [21] и невирусной доставки в клеточное ядро генетических векторов [22, 23].

Казалось бы, куда еще расширять этот список, но недавно он пополнился еще одним, пожалуй, самым удивительным и непонятным, качеством фуллерена С60. При исследовании токсичности фуллерена С60, растворенного в оливковом масле, французские исследователи выяснили, что крысы, регулярно получающие раствор фуллерена С60, живут дольше, чем те, которым давали просто оливковое масло или обычную диету [24]. (Краткий пересказ можно прочитать в статье «Оливковое масло с фуллеренами – эликсир молодости?» – ВМ.)

Растворение в масле резко повышает эффективность фуллерена С60, так как его большие агрегаты (16 и более молекул) не способны проникнуть внутрь клеток [25].

При этом продолжительность жизни увеличивалась не на какие-нибудь 20-30%, как в опытах с лучшими из «лекарств от старости» (такими как ресвератрол или рапамицин), а не менее чем в два раза [24]! Половина животных, получавших фуллерен, жили до 60 месяцев (самая старая крыса дожила до 5,5 лет). При этом в контрольной группе (с обычной диетой) продолжительность жизни 50% животных составляла 30 месяцев, а самые старые дожили лишь до 37 месяцев. Животные, получавшие оливковое масло без фуллерена, жили немного больше – 50% из них доживали до 40 месяцев, а самая старая крыса дожила до 58 месяцев.

Диаграмма выживаемости крыс, получавших: обычную диету (голубая линия), вдобавок к диете оливковое масло (красная) и оливковое масло с растворенным в нем фуллереном С60 (черная линия). Рисунок из [24].

Животворное действие фуллерена С60 авторы статьи приписывают его антиоксидантным свойствам. Однако не исключено, что оно может быть связано со способностью фуллерена С60 взаимодействовать с витамином А [26]. Известно, что ретиноиды (к которым относится и витамин А) играют важную роль в экспрессии ключевых генов иммунной системы, и что локальный синтез ретиноидов, по всей видимости, играет ключевую роль в регуляции эмбриогенеза и регенерации [27, 28].

К сожалению, эти опыты были поставлены на небольших группах животных и потому требуют тщательной проверки. Учитывая тот факт, что очищенный фуллерен С60, производимый в России, стоит всего около 1800 рублей за грамм, повторить эти опыты, уточнить дозировки и продолжительность «лечения» не так уж и сложно. Сложнее другое. Будет ли эта «терапия старости» так же эффективна для человека? Ведь люди – не крысы, и есть десятки примеров того, что препарат, очень эффективно действующий в экспериментах на мышах, оказывался совершенно бесполезным (если не вредным!), когда испытания переходили в клинику. Что ж – время покажет. Интересно было бы также сопоставить активность фуллерена С60 по продлению жизни с его многочисленными водорастворимыми аналогами, синтезированными в России в самое последнее время.

Написано по материалам оригинальной статьи [24].

Литература

1. А.В. Елецкий, Б.М. Смирнов. (1993). Фуллерены. УФН 163 (№ 2), 33–60;
2. Mori T. et al. (2006). Preclinical studies on safety of fullerene upon acute oral administration and evaluation for no mutagenesis. Toxicology 225, 48–54;
3. Szwarc H, Moussa F. (2011). Toxicity of 60fullerene: confusion in the scientific literature. J. Nanosci. Lett. 1, 61–62;
4. биомолекула: «Невидимая граница: где сталкиваются „нано“ и „био“»;
5. Marega R., Giust D., Kremer A., Bonifazi D. (2012). Supramolecular Chemistry of Fullerenes and Carbon Nanotubes at Interfaces: Toward Applications. Supramolecular Chemistry of Fullerenes and Carbon Nanotubes (eds N. Martin and J.-F. Nierengarten), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany;
6. Пиотровский Л.Б. (2010). Наномедицина как часть нанотехнологий. Вестник РАМН 3, 41–46;
7. Theriot C.A., Casey R.C., Moore V.C., Mitchell L., Reynolds J.O., Burgoyne M., et al. (2010). Dendro[C60]fullerene DF-1 provides radioprotection to radiosensitive mammalian cells. Radiat. Environ. Biophys. 49, 437–445;
8. Andrievsky G.V., Bruskov V.I., Tykhomyrov A.A., Gudkov S.V. (2009). Peculiarities of the antioxidant and radioprotective effects of hydrated C60 fullerene nanostructures in vitro and in vivo. Free Radic. Biol. Med. 47, 786–793;
9. Mashino T., Shimotohno K., Ikegami N., et al. (2005). Human immunodeficiency virus-reverse transcriptase inhibition and hepatitis C virus RNA-dependent RNA polymerase inhibition activities of fullerene derivatives. Bioorg. Med. Chem. Lett. 15, 1107–1109;
10. Lu Z.S., Dai T.H., Huang L.Y., et al. (2010). Photodynamic therapy with a cationic functionalized fullerene rescues mice from fatal wound infections. Nanomedicine 5, 1525–1533;
11. John J.R., Bateman H.R., Stover A., Gomez G., Norton S.K., Zhao W., et al. (2007). Fullerene nanomaterials inhibit the allergic response. J. Immunol. 179, 665–672;
12. Xu Y.Y., Zhu J.D., Xiang K., Li Y.K., Sun R.H., Ma J., et al. (2011). Synthesis and immunomodulatory activity of 60fullerene-tuftsin conjugates. Biomaterials 32, 9940–9949;
13. Gharbi N., Pressac M., Hadchouel M. et al. (2005). [60]Fullerene is a powerful antioxidant in vivo with no acute or subacute toxicity. Nano Lett. 5, 2578–2585;
14. Chen Z., Ma L., Liu Y., Chen C. (2012). Applications of Functionalized Fullerenes in Tumor Theranostics. Theranostics 2, 238–250;
15. Jiao F., Liu Y., Qu Y. et al. (2010). Studies on anti-tumor and antimetastatic activities of fullerenol in a mouse breast cancer model. Carbon 48, 2231–2243;
16. Meng H., Xing G.M., Sun B.Y., Zhao F., Lei H., Li W., et al. (2010). Potent angiogenesis inhibition by the particulate form of fullerene derivatives. ACS Nano, 4, 2773–2783;
17. Tykhomyrov A.A., Nedzvetsky V.S., Klochkov V.K., Andrievsky G.V. (2008). Nanostructures of hydrated C60 fullerene (C60HyFn) protect rat brain against alcohol impact and attenuate behavioral impairments of alcoholized animals. Toxicology 246, 158–165;
18. Григорьев В.В., Петрова Л.Н., Иванова Т.А., с соавт. и Бачурин С.О. (2011). Исследование нейропротекторного действия гибридных структур на основе фуллерена С60. Изв. РАН серия Биологическая 2, 163–170;
19. Zhou Z.G., Lenk R., Dellinger A., MacFarland D., Kumar K., Wilson S.R., et al. (2009). Fullerene nanomaterials potentiate hair growth. Nanomed. Nanotechnol. Biol. Med. 5, 202–207;
20. Bobylev A.G., Kornev A.B., Bobyleva L.G., Shpagina M.D., Fadeeva I.S., Fadeev R.S., et al. (2011). Fullerenolates: metallated polyhydroxylated fullerenes with potent antiamyloid activity. Org. Biomol. Chem. 9, 5714–5719;
21. биомолекула: «Наномедицина будущего: трансдермальная доставка с использованием наночастиц»;
22. Montellano A., Da Ros T., Bianco A., Prato M. (2011). Fullerene C(60) as a multifunctional system for drug and gene delivery. Nanoscale 3, 4035–4041;
23. Кузнецова С.А., Орецкая Т.С. (2010). Нанотранспортные системы адресной доставки нуклеиновых кислот в клетки. Российские нанотехнологии 5 (№ 9–10), 40–52;
24. Baati T., Bourasset F., Gharb N., et al. (2012) The prolongation of the lifespan of rats by repeated oral administration of 60fullerene. Biomaterials 33, 4936–4946;
25. Пиотровский Л.Б., Еропкин М.Ю., Еропкина Е.М., Думпис М.А., Киселев О.И. (2007). Механизмы биологического действия фуллеренов – зависимость от агрегатного состояния. Психофармакология и биологическая наркология 7 (№ 2), 1548–1554;
26. Moussa F., Roux S., Pressac M., Genin E., Hadchouel M., Trivin F., et al. (1998). In vivo reaction between 60fullerene and vitamin A in mouse liver. New J. Chem. 22, 989–992;
27. Linney E., Donerly S., Mackey L., Dobbs-McAuliffe B. (2001). The negative side of retinoic acid receptors. Neurotoxicol Teratol. 33, 631–640;
28. Gudas L.J. (2012). Emerging Roles for Retinoids in Regeneration and Differentiation in Normal and Disease States. Biochim Biophys Acta 1821, 213–221.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru25.05.2012

www.vechnayamolodost.ru

• 
  Карельский чай растение фото
• 
  Японский клен комнатное растение
• 
  Что означает растение детерминантное
• 
  Что означает детерминантное растение
• 
  Трихопол от болезней растений
• 
  Тархун растение где растет
• 
  Стихи о селекции растений
• 
  Соя растение в беларуси
• 
  Сельдерей растение полезные свойства
• 
  Сахарная свекла фото растения
• 
  Сафлора растение применение фото