Знание-сила, 2006 № 10 (952) - [25]
Юрий Михайлович Петренко, доктор биологических наук, профессор Российского Медицинского Университета, размышляет о будущем медицины в свете последних открытий в области нанотехнологий
Термин "нанотехнологии" предложил в 1974 году японский физик Норис Танигучи, работавший в Токийском университете. Нанотехнологию он определил как процесс разделения, сборки и изменения материалов путем воздействия на них одним атомом или одной молекулой. Звучит захватывающе. Часть слова нано (от греческого слова "нано" — карлик), входящая в этот термин, является производной от меры длины — нанометр. Один нанометр равен одной миллиардной части метра. Много это или мало? Еще в 1905 году Эйнштейн доказал, что такой размер имеют молекулы сахара. На длине в один нанометр можно расположить примерно 10 атомов.
Хотя термин был придуман в 1974 году, днем рождения нанотехнологий считается все же 29 декабря 1959 года. В этот день профессор Калифорнийского технологического института Ричард Фейнман (Нобелевский лауреат по физике 1965 года) в своей лекции *Как много места там внизу" ("There’s plenty of room at the bottom"), прочитанной перед Американским физическим обществом, отметил возможность использования атомов в качестве строительных частиц. Важной вехой на пути становления нанотехнологий стало также одно знаменательное событие. В 1985 году трое американских ученых Ричард Смэлли, Роберт Карл и Харольд Крото открыли фуллерены — сложные молекулы углерода, имеющие специфическую структуру. За это открытие все трое позже ( в 1996 году) стали Нобелевскими лауреатами. Но что же такое фуллерены и почему их открытие считается знаменательным в становлении нанотехнологий? Фуллерены — это новые структурные формы углерода, существующие наряду с такими известными углеродными структурами, как алмаз и графит.
По своей структуре фуллерены могут рассматриваться как трехмерные аналоги ароматических соединений, напоминающих по форме футбольный мяч, т.е. это практически сферические углеродные молекулы. Грани 60-атомного фуллерена — это 20 почти идеальных правильных шестиугольников и 12 пятиугольников. Позднее удалось получить фуллерены из 76,78,84,90 и даже нескольких сотен атомов углерода, с разнообразными структурными модификациями. Фуллерены названы так в честь американского архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера, создавшего знаменитый "Геодезический купол" — полусферу, собранную из тетраэдров.
Фуллерены относятся к самоорганизующимся структурам, и, хотя эти материалы пока еще мало известны за пределами ученых кругов, они находятся в стадии интенсивных и многообещающих исследований. Помимо того, что фуллерены очень интересны с теоретической точки зрения, они представляют и огромный практический интерес. В принципе их можно использовать для создания новых материалов с магнитными и сверхпроводящими свойствами, обладающих малым трением, новых химических реагентов и биологически активных веществ. Область возможного применения фуллеренов крайне широка. Это экологически чистые источники электроэнергии, электроники, квантовые компьютеры, химическая промышленность, строительная индустрия, механизмы (твердая смазка), ракеты и даже медицина. Возможно, что этот перечень неполный.
Модель фуллерена
Сейчас происходит подлинный "фуллереновый бум", и можно ожидать, что уже в недалеком будущем фуллерены найдут еще более захватывающие сферы применения.
Они уже применяются в микроэлектронике, используются в качестве добавки к смазочным материалам, применяются в косметике и, наконец, ведутся исследования по вопросу применения их в медицинских целях. Ученые обнаружили, что фуллерены хорошо защищают нервные клетки от необратимых повреждений, вызываемых радикалами. Они приклеивают свободные радикалы к своей наружной поверхности и не позволяют им взаимодействовать с нейронами. Показано, что течение нейродегенеративных заболеваний, в частности болезни Альцгеймера, можно облегчить при помощи фуллеренов.
Использование фуллеренов в медицине в настоящее время базируется на представлении о них как адаптогенах и иммуномодуляторах широкого спектра действия. Кроме этого, их действие может быть связано с сорбционной способностью: в фуллеренах все связи не насыщены и каждая молекула является электроотрицательной и гидрофобной. В результате она способна к сильному взаимодействию с адсорбатами ароматической природы, и тем лучше взаимодействует с адсорбатом, чем более он гидрофобен и менее отрицательно заряжен.
Фуллерены можно с помощью магнитных устройств перемещать по плазме человека и фиксировать в определенной части человеческого организма, например в районе скопления раковых клеток. Фуллерен может аккумулировать на себе лекарства, которые будут концентрироваться в той или иной конкретной точке организма. На повестке дня стоит вопрос производства кремниевых фуллеренов, а затем и кремниево-углеродных, расширяющих спектр возможностей в плане использования материалов с новыми самыми разнообразными свойствами. В частности, фуллерены на основе углерода проявляют сверхпроводящие свойства при относительно высоких температурах (117 К). Указанное свойство представляет интерес уже сейчас для технического применения. Для медицинских целей такие температуры, естественно, неинтересны, но есть надежда, что фуллереновые технологии позволят близко подойти к температурам, интересным и для медицины.
