Знание-сила, 2006 № 10 (952)

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.