مترجم: سهیلا حاجیزاده
منبع:راسخون
منبع:راسخون
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.
علت نامگذاری
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.
آنتیاکسیدانها
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.
عوامل ضد ویروسی
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 و انتقال ژن
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.
فتوسنتز کنندهها در درمان فوتودینامیک
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.