Технология получения гидратированных фуллеренов
АНТОН АНФИМОВ:
Добрый день. Мне хотелось бы узнать о методе получения гидратированных фуллеренов(водных растворов) - а именно как именно их получают? К примеру: если берется дисперсный порошок и смешивается с водой, то при какой частоте ультразвука?
Данный метод получения гидратированных фуллеренов заключается в переносе фуллеренов С60 из растворов в органическом растворителе в водную фазу с использованием ультразвуковой обработки смеси с последующим удалением органического растворителя. В результате получается истинный молекулярно-коллоидный раствор фуллеренов.
Более подробно читайте в работах основателя этого метода Г. Андриевского:
- Andrievsky, G., et al., On the production of an aqueous colloidal solution of fullerenes, J. Chem. Soc. Chem. Commun., 12, 1281–1282. 1995.
- Andrievsky, G., Klochkov, V., Derevyanchenko, L., Is C60 fullerene molecule toxic?!, Fullerenes Nano-tubes Carbon Nanostruct. 13, 363–376, (2005).
Технологию получения молекулярно-коллоидных растворов фуллеренов, в которых основной структурной единицей является молекула фуллерена, окруженная симметричной сеткой воды - C60@nH2O, была разработана в институте физиологически-активных соединений Украины. При этом исследователи исходили из следующих параметров:
- фуллерен C60 не является ни абсолютно гидрофобной, ни абсолютно гидрофильной молекулой;
- фуллерен C60 способен активно взаимодействовать с водой;
- фуллерен C60 можно встроить в структуру воды, не нарушив её естественные кластерные структуры.
Полученные водные растворы фуллеренов являются устойчивыми во времени (более двух лет), обладают неизменными физико-химическими свойствами и постоянным составом. В этих растворах отсутствуют какие либо токсичные примеси. Причем фуллерен, встроен в естественную многослойную структуру воды, где первый слой воды прочно связан с поверхностью фуллерена за счет донорно-акцепторных взаимодействий между кислородом воды и электрон-акцепторными центрами на поверхности фуллерена.
Известно, что вода представляет собой систему свободных и упорядоченных молекул. Часть воды, находящаяся в упорядоченном состоянии, состоит из так называемых мерцающих полиэдрических кластеров по форме сходных со структурой усеченного икосаэдра (подобной фуллерену C60). Время жизни таких кластеров весьма мало и, по разным оценкам, составляет 10-7 – 10-9 с. Их концентрация и время жизни во многом зависит от состояния воды, температуры, содержания примесей, наличия магнитных полей и т.д. Очевидно, что биологическая активность чистой воды напрямую зависит от содержания в ней упорядоченных структур.
Группой М. Чаплина (School of Applied Science South Bank University London SE1 0AA) было проведено молекулярное моделирование упорядоченных кластеров воды и и икосаэдрического водного кластера со встроенной в него молекулой C60. Как показали расчеты, молекула фуллерена очень гармонично вписывается в естественную структуру водного кластера и совершенно не противоречит ей структурно. Более того, теперь такой кластер перестал быть мерцающим. Время его жизни не ограничено! Структура C60@nH2O является очень устойчивой, и даже при нагревании в замкнутом объеме до температуры кипения воды, она не разрушается. Таким образом, молекулярный раствор C60 в воде представляет собой систему упорядоченных кластеров воды, где C60 выступает в роли стабилизатора естественных, нативных
сферических водных кластеров.
Установлено, что вода вблизи поверхности фуллерена плавится при температуре –2,8оС. Это средняя температура плавления связанной воды вблизи биологических объектов – ДНК, белков и ферментов, клеточных мембран и т.п. Очевидно, что структуры воды вблизи поверхности фуллерена подобны структурам воды, окружающих важнейшие биологические структуры живого организма.
Комплекс такой крупной молекулы с водой обладает и значительной буферной емкостью. Вблизи ее поверхности сохраняется значение рН = 7,2–7,6. Такое же значение рН имеется вблизи поверхности мембран большинства здоровых клеток нашего организма. Многие процессы болезни
клетки сопровождаются изменением значения рН вблизи поверхности её мембраны. При этом больная клетка не только сама себе создает некомфортные условия, но и отрицательно влияет на соседние клетки. Гидратированный фуллерен, находясь вблизи поверхности клетки, способен сохранять её здоровое
значение рН. Тем самым, создаются благоприятные условия для того, чтобы клетка могла нормально функционировать и сама справлялась со своими недугами.
Концентрированные водные растворы фуллеренов
Концентрированные водные растворы гидратированного С60, сокращенно C60FWS, представляют собой молекулярно-коллоидные системы сферических фрактальных кластеров, структурной единицей которых является прочный, высокогидрофильный супрамолекулярный комплекс, состоящий из молекулы фуллерена С60, заключенной в первую гидратную оболочку, которая содержит 24 молекулы воды: C60@(H2O)24 – гидратированный фуллерен С60 (C60HyFn).
Стабильность первой близкосвязанной гидратной оболочки, поддерживается последующими упорядоченными водными оболочками. Размер C60HyFn соответствует 1,6-1,8 нм. Кластеры (вторичные ассоциаты) C60HyFn образуются путем слияния их гидратных оболочек. Размеры таких сферических кластеров соответствуют ряду значений: 3.4; 7.1; 10.9; 14.5; 18.1; 21.8; 25.4; 28.8; 32.4; 36.0 нм.
Размеры кластеров в значительной мере зависят от концентрации C60HyFn в растворе. Чем менее концентрированный раствор, тем меньше в нем средний размер кластера. При разбавлении C60FWS происходит динамический процесс перераспределения молекулярных структурных единиц до установления равновесного состояния с определенным дисперсным распределением кластеров характерным для данных условий. Процесс установления дисперсионного равновесия может продолжаться достаточно длительное время. Установлено, что концентрация C60HyFn, эквивалентная 144 мг/л (200 микроМ/л) С60, является одной из оптимальных при длительном хранении C60FWS.
Растворы с концентрацией 14,4 и 1,0 мг/л (20 и 1,4 микроМ/л, соответственно) являются удобными для биологических испытаний малых и сверхмалых доз C60HyFn, поскольку при разбавлении растворов с концентрацией 14,4 мг/л происходит быстрое разукрупнение кластерных структур, а при концентрации 1,0 мг/л и менее, единичные C60HyFn существуют в растворе в виде изолированных структур.
Мы выпускаем три вида C60FWS, содержащие фуллерен С60 в концентрации:
144 мг/л (200 микроМ/л),
14,4 мг/л (20 микроМ/л),
1 мг/л (1,4 микроМ/л).
C60FWS производятся в виде жидкостей, запаянных в стеклянные ампулы по 2, 5, 10 мл или во флаконах по 40 мл. Хранить продукт следует в тёмном месте при температуре от 3 до 400С. Срок годности - 2 года со дня изготовления. При необходимости продукт может быть подвергнут стерилизации при температуре 1200С в течении 2 часов.
Министерство охраны здоровья Украины одобрило промышленное использование растворов «Концентрат «Фуллерен C60 гидратированный» в качестве антиоксиданта в пищевой, парфюмерно-косметической, биотехнологической и микробиологической промышленности. Санитарно-гигиеническое заключение МОЗ Украины № 05.03.02-04/89993 от 19 ноября 2010 г.
При применении C60FWS рекомендуемый диапазон концентраций гидратированного фуллерена С60 в конечном продукте составляет:
- в пищевых водосодержащих продуктах (вода питьевая, вода для приготовления пищевых продуктов, алкогольные напитки, безалкогольные напитки и т. п.) – (0,1-10) х 10-3 мг/л;
- в косметических и парфюмерных изделиях (лосьоны, туалетные воды, одеколоны, кремы, гели и т. п.) – 0,01-1 мг/л;
- в питательных средах для выращивания микроорганизмов, в средах для культивирования и хранения клеточных культур, в жидкостях, используемых при подготовке биологического материала для криоконсервирования – 0,01-1,0 мг/л.
Также C60FWS могут найти широкое применение при разработке новых технологий и материалов в физике, химии, биологии, фармакологии, медицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве, косметике, ветеринарии и везде, где необходимо:
- создание продуктов с особыми, высокоупорядоченными структурными характеристиками;
- использование высокоэффективных биоантиоксидантов и регуляторов свободнорадикальных процессов.
Особо перспективным является применение C60FWS в качестве компонентов или в составе растворителей для уже имеющихся или вновь создаваемых лекарственных средств и вакцин.
Гидратированный фуллерен С60, в виде его водных растворов, предлагается использовать в качестве стандартного (референтного) образца и образца сравнения при тестировании других наноструктур и наноматериалов, включая их токсикологические характеристики и экологическую безопасность.
Источник:
Институт физиологически-активных соединений Украины
www.ipacom.com/index.php/ru/fullerenes-and-water/75
Если в составе графита присутствуют, например, оксид лантана или карбиды других редкоземельных элементов, образуются комплексы состава La@C60 , La@C70 , La@C74 или La@C82 . Описаны эндоэдральные комплексы иттрия, скандия, церия, неодима, самария, европия, гадолиния, тербия, диспрозия, гольмия, эрбия и других элементов. Интересно отметить, что невысокий выход С82 при дуговом синтезе повышается в присутствии солей лантана, так как получается комплекс La@C82 . Исследования показали, что атом металла внутри находится в степени окисления + 3, а фуллереновая оболочка заряжена отрицательно: то есть эндоэдральный комплекс одновременно оказывается и комплексом с переносом заряда.