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.
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.