هشت کاربرد فولرین‏ها

از زمان کشف فولرین‏ها در اواخر قرن گذشته، تعدادی یافته‏های جدید درباره‏ی این مولکول‏ها به دست آمد. با خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد آن‏ها، کاربردها و استفاده‏های این مولکول ممکن است بی‏نهایت باشد.

باکمینستر فولرین اولین فولرن را کشف کرده و به همین دلیل به نام فولرین شناخته شد.
به واسطه‏ی سهولت نسبی سنتز آن، فولرین 60 کربنه یک عنصر محبوب شده و تحقیقات زیادی در رابطه با کاربردهای بالقوه‏ی آن انجام شد. باکی بال 60 کربنه از 60 کربن در 60 راس آن ساخته شده که یک ساختار کروی را تشکیل می‏دهد. این شامل از 12 حلقه‏ی پنج وجهی و 20 حلقه‏ی شش وجهی بوده که در مجاورت یکدیگر قرار دارند. این حلقه‏ها با پیوندهای دوگانه به همدیگر متصل می‏باشند. طول پیوند C-C برای حلقه‏های شش وجهی 40/1 درجه و برای حلقه‏های پنج وجهی 46/1 درجه، با متوسط طول پیوند تا 44/1 می‏باشد.
به واسطه‏ی خواص منحصر به فرد این آلتروپ‏های کربن، تعدادی از کاربردهای این عنصر در زیر مورد بحث قرار گرفته است.
کاربردها و مصارف فولرین
کاربردهای دارویی فولرین
تحقیقات گسترده‏ای بر روی کاربردهای زیست پزشکی این مولکول از زمان کشف آن تابحال صورت گرفته است. بزرگترین چالش روبروی دانشمندان خاصیت نامحلولی آن در حلال‏های آبی و تمایل آن‏ها به تشکیل دانه‏ها می‏باشد. با استفاده از روش‏های مختلفی مانند محصور کردن فولرین با مولکول‏های آبدوست، معلق کردن این مولکول ها با حلال‏های دیگر و ترکیب آن با مولکول‏های آبدوست دیگر بر این مشکل غلبه شده است.

فولرین‏ها می‏توانند آنتی اکسیدان‏های عالی را ایجاد کنند، این ویژگی می‏تواند به تعداد زیاد پیوندهای دوگانه‏ی متصل در آن‏ها و میل الکترونی بالای این مولکول‏ها (به واسطه‏ی انرژی پایین اوربیتال مولکولی خالی) نسبت داده شود. فولرین‏ها می توانند با تعدادی از رادیکال ها قبل از مصرف واکنش نشان دهند. یک مولکول 60 کربنه می‏تواند با بیش از 34 رادیکال متیل قبل از مصرف ارتباط داشته باشد. به همین دلیل، این مولکول‏ها به عنوان کارامدترین رباینده‏های رادیکال یا انگل رادیکال شناخته می‏شوند. شاید، یکی از مزایای عمده‏ی استفاده از این مولکول‏ها به عنوان آنتی اکسیدان این باشد که آن‏ها می‏توانند درون سلول متمرکز گردند.
این مولکول‏ها به عنوان محافظت کننده‎‏های موثر بر علیه اشعه‏ی ماوراء بنفش عمل می‏کنند. این مولکول‏ها به گونه‏های فعال اکسیژن متصل شده و از آسیب به سلول‏ها جلوگیری می‏کنند. یکی از مشتقات 60 کربنه‏ی محلول در آب با پلی واینیل پیرولیدون یا معمولا به لوازم آرایشی اضافه می‏گردد. این‏ها از آسیب به پوست و ایجاد پیری زودرس پوست بدون هیچ گونه عوارض جانبی جلوگیری می‏کنند. بزرگترین مزیت این مولکول این است که به آسانی توسط پوست سالم جذب می‏گردد. مولکول‏های فولرین از پراکسیداسیون چربی توسط مهار رادیکال‏های پروکسی جلوگیری کرده و بنابراین باعث مهار سمیت سلولی مرتبط با آن‏ها می‏گردند.

توجه بسیار کمی به پتانسیل فولرین ها به عنوان عوامل ضدویروسی شده است. شاید جالب‏ترین جنبه‏ی این توانایی آن‏ها به منظور سرکوب تکثیر ویروس نقض ایمنی انسانی (ایدز) در بدن انسان و بنابراین تاخیر شروع سندروم نقض اکتسابی می‏باشد. دندروفلورین ایزومری بوده که به منظور مهار پروتئاز ویروس ایدز دیده می شود و بنابراین، از تکثیر این ویروس جلوگیری می‏کند. مشتقات فلزی دو ظرفیتی آمینو اسیدها از مولکول فلورین مانند C60-1- Ala نیز به منظور فعالیت بر علیه ویروس ایدز دیده می‏شود. این مولکول‏ها معمولا در حوزه‏های آبگریز پروتئین ها قرار دارند (محل پیوند پروتئاز در ویروس ایدز).
هدف دیگر مشتقات آمینو اسید ترانس کریپتاز معکوس در ایدز می‏باشد، این مولکول ها فعال تر از مهارکننده‏های مشابه غیر نوکلئوزیدی که معمولا مورد استفاده قرار می‏گیرند، دیده می‏شوند. مشتقات کاتیونی فولرین در طبیعت ضد باکتری و ضد تکثیری می‏باشند. اکثر مشتقات فولرین می‏توانند ویروس هپاتیت C را مهار کنند.

انتقال دارو انتقال محبوب یک ترکیب دارویی به محل عمل آن می‏باشد، در حالی که انتقال ژن ورود DNA خارجی به سلول‏ها برای ایجاد یک اثر مطلوب می‏باشد. فولرین‏ها یک رده از حاملان غیرآلی بوده، این مولکول‏ها سازگاری زیستی خوب، انتخاب پذیری بیشتر، حفظ فعالیت بیولوژیکی و اندازه‏ی کوچک به منظور انتشار را نشان دادند. توالی های DNA به مشتقات آمینو اسید فولرین متصل می گردد. این توالی‏ها مطالعات بیوشیمی توانایی محافظتی بیشتر این مشتقات را در مقایسه با حاملان سنتی مورد استفاده نشان داد.

درمان فوتو دینامیکی یک شکلی از درمان با استفاده از ترکیب غیر سمی حساس به نور بوده که در معرض نور سمی می‏گردد. این درمان به منظور هدف قرار دادن سلول های بدخیم و تغییر یافته استفاده می‏شود. فولرین‏ها معمولا به عنوان این ترکیبات استفاده می‏شوند. فولرین‏ها در برابر تابش برانگیخته می‏شوند، هنگامی که این مولکول‏ها به حالت اولیه‏ی خود بر می‏گردند، آن‏ها انرژی موجود به منظور تولید اکسیژن که می‏تواند در طبیعت سمی باشد را از بین می‏برند.
در حضور دهندگان الکترون، فولرین‏ها به رادیکال های 60 کربنه تبدیل می‏گردند. این آنیون‏های رادیکال الکترون‏ها را به مولکول‏های اکسیژن انتقال داده و آن‏ها را به سوپراکسید آنیونی و رادیکال‏های هیدروکسیل تبدیل می‏کنند. این رادیکال‏ها به DNA آسیب وارد کرده و ممکن است باعث مرگ سلول گردند.
برخی مواقع، فرم خاصی از فولرین های با پروتئین ها و DNA ترکیب می‏گردند، این یک کاربرد بالقوه در توسعه‏ی درمان ضد سرطان خاص نیز می‏باشد.
کاربردهای دیگر فولرین‏ها
سلول‏های خورشیدی
یک سلول فتوولتائیک آلی مبتنی بر پلیمر ممکن است به منظور یافتن یک محیط اقتصادی و سبک وزن برای تبدیل انرژی خورشیدی جوابگو باشد. این سلول‏های خورشیدی اساسا توسط انتقال الکترون‏ها از یک ماده که هنگامی که نور به آن‏ها تابیده می‏شود، بر انگیخته می‏شود، کار می‏کند. فولرین، به واسطه‏ی تمایل الکترونی بالای آن‏ها و توانایی به منظور انتقال این الکترون‏ها، پذیرنده‏های آلی می‏باشند. این سلول‏های فتوولتائیک ترکیباتی از فولرین‏ها و پلیمرها می‏باشند.
فنیل - C61 – بوتریک اسید متیل استر یک پذیرنده‏ی رایج مورد استفاده در سلول‏های خورشیدی آلی می‏باشد، این معمولا در ترکیب با پلیمر پلی تیوفن به عنوان یک دهنده‏ی الکترون مورد استفاده قرار می‏گیرد.
ذخیره سازی گاز هیدروژن
یک نوع از ساختار مولکولی فولرین‏ها فعال شدن آن‏ها به هیدروژنات و دهیدروژنات به صورت کاملا آسان می‏باشد. حلقه‏های کربن در فولرین با پیوندهای دوگانه ی C=C به هم متصل می‏گردند. عمل هیدروژن‏دار کردن، این پیوند‏ها می‏توانند به آسانی شکسته شده و ایجاد پیوندهای جداگانه ی C=C و پیوندهای C-H کنند. هنگامی که گرما برای هیدریدین های فولرین اعمال می‏شود، پیوندهای C-H به آسانی در فولرین شکسته می شوند. این امر بدین دلیل است که قدرت پیوند C-H در مقایسه با پیوند C=C پایین‏تر است. یک مولکول فولرین می‏تواند تا بیش از 36 اتم هیدروژن را نگه دارد. رنگ فولرین‏های هیدروژنه از سیاه به قهوه ای، قرمز، نارنجی و در نهایت به زرد به عنوان افزایش مقدار هیدروژن تغییر می‏کند. این مولکول‏ها ابزارهای ذخیره سازی هیدروژن کارامدتر، امن‏تر و بهتری نسبت به آن‏هایی که اخیرا استفاده می‏شوند، می‏باشد.
اخیرا، مطالعاتی به منظور استفاده ی بالقوه از فولرین‏ها در سنسورها و همچنین در توسعه ی رساناهای مولکولی صورت گرفته است. شاید، بزرگترین کاربرد عملی این مولکول‏ها، در حال حاضر، در صنایع لوازم آرایشی باشد. استفاده‏ی آن‏ها در صنایع دیگر ممکن است به دلیل هزینه‏ی سنتز این مولکول‏ها محدود باشد. با این حال، با انجام تحقیقات بیشتر در رابطه با این مولکول‏ها، ما می‏توانیم امیدوار باشیم که روش‏های مقرون به صرفه‏تری برای سنتز این مولکول‏ها در کوتاه مدت توسعه یابد.