Развитие нанотехнологий способствует появлению новых материалов, многие свойства которых, в т.ч. их действие на биологические системы, отличает их от соединений в виде сплошных фаз или дисперсий с частицами макроскопических размеров.

Такие разные фуллерены

Среди разнообразных видов продукции наноиндустрии особое место занимают фуллерены, представляющие собой новую аллотропическую форму углерода. Развитие нанотехнологий за последнее время усилило их токсическое воздействие на экосистему крупных городов и промышленных центров. Было синтезировано более 2500 различных наночастиц, производство которых в развитых странах доходит до сотен и тысяч тонн в год. Сферическая углеродная молекула фуллерена С60 также относится к наночастицам. С ее открытия и началась наноэра XXI века.

Молекулы фуллеренов образованы строго определенным числом атомов углерода, соединенных в замкнутый симметричный каркас, похожий по форме на футбольный мяч. После открытия фуллеренов в 1985 году Робертом Керлом, Харольдом Крото и Ричардом Смолли их химические свойства подробно изучались. Было синтезировано значительное число их модифицированных производных, включая фуллерены с привитыми боковыми алкильными цепями, гидроксилированные и карбоксилированные, эндоэдральные фуллерены, аддукты фуллеренов с аминокислотами и т. д.

Скрытая угроза

Области практического применения фуллеренов расширяются, включают химический синтез и катализ, электронику, оптику, полиграфическую, лакокрасочную промышленность, фармакологию, производство парфюмерно-косметической продукции, биосенсоров, упаковочных материалов, средств защиты растений и т. д.

Однако постепенно фуллерены превращаются в значимые загрязняющие агенты для окружающей среды. Возрастают риски воздействия на человека при различных путях их поступления на этапах производства, использования и утилизации образующихся отходов. Есть проблема экологической токсичности фуллеренов и возможности их переноса по трофическим цепям в биосфере, полностью отсутствует их гигиеническое нормирование в продукции и объектах окружающей среды.

Сведения о возможной токсичности фуллеренов неполны и противоречивы. Главная причина этого – сложности при проведении экспериментов, связанные с введением фуллеренов в организмы экспериментальных животных, что определяется очень низкой растворимостью фуллеренов в воде и физиологических жидкостях, а также проблемой их идентификации, связанной с их возможной биоконверсией под действием ферментных систем организма. Весьма значима токсиколого-гигиеническая оценка при естественных путях поступления фуллеренов в организм, то есть в первую очередь через желудочно-кишечный тракт, а также при ингаляции и комплексном воздействии.

Определенную опасность для человека представляют физико-химические свойства фуллеренов, их высокая дисперсность и характер процессов их взаимодействия с живой клеткой. Поиск среди производ­ных фуллеренов новых безопасных биологически-активных соединений, обладающих набором полезных свойств, послужил целью для разработки водорастворимых форм фуллеренов на основе их комплексов с циклодекстрином, поливинилпироллидоном, а также полигидроксилированного фулле­рена − фуллеренола С60(ОН)24.

Результат синтеза

В Институте физико-органической химии НАН Беларуси по программе «Конвергенция-2020» совместно с учеными НПЦ по материаловедению, Института физики им. Б.И.Степанова, Института ядерных проблем БГУ и ВГМУ ведутся исследования по синтезу и изучению свойств полигидроксилированного фуллерена и его производных.

Ученые предполагают использовать фуллеренол С60(ОН)24 и его производные для поглощения свободных радикалов и защиты от окислительного стресса, для адресной доставки лекарств или радионуклидов в нужные органы, производства синглетного кислорода, вызывающего повреждение ДНК раковых клеток. Однако для достоверной оценки всех качеств фуллеренола необходимы кропотливые исследования, которые позволят учитывать и их негативные воздействия как на каждую клетку организма, так и на весь организм в целом.

Евгений ДИКУСАР,

старший научный сотрудник ИФОХ НАН Беларуси