Властивості фуллерена С60 у водних розчинах та його взаємодія з катіонними барвниками - Автореферат

По суті, відкриття складалося в установленні того факту, що вуглець утворює молекули у формі зрізаного ікосаедра і більш великі геодезичні клітини, які мають 60, 70, 76, 84, 90, 94 і більшу кількість атомів вуглецю. Однак від хімічно інертних алмазу і графіту фуллерени відрізняються тим, що вони, при визначених умовах, можуть активно вступати в різні хімічні реакції, а також здатні давати стійкі комплекси з унікальними властивостями при взаємодії з різноманітними хімічними речовинами. В той же час, складність досліджень в цьому напрямку полягає в тому, що фуллерени є чисто вуглецевими молекулами, гідрофобні за своєю природою і практично не здатні молекулярно розчинятися у воді. В Харківському інституті терапії АМН України під керівництвом Г.В. Андрієвського. були вперше одержані дисперсні розчини фуллеренів, які відрізняються від подібних систем високою дисперсністю та стійкістю. Робота виконувалася у відповідності з темою Харківського інституту терапії "Розробка нових способів патогенетичної корекції артеріальної гіпертензії на підставі взаємодії фуллеренів з компонентами клітинних мембран, системами вторинних месенджерів, вазоактивних пептидів та метаболітів арахідонової кислоти" (1998-2000 роки).Розчини С60 у воді, в залежності від концентрації С60, мають колір від світлого оранжово-коричневого до темного вишнево-червоного. Методами ПДМС, атомно-абсорбційної спектрометрії, газорідинної хроматографії, тонкошарової хроматографії, електронної спектрометрії (рис.1) показано, що дана система являє собою водний розчин немодифікованого фуллерену С60, а існуючі домішки [(K Na )/C60 = 1?20; (бензол толуол)/С60 = 0.01?0.05)] не можуть суттєво впливати на властивості системи. 2), при цьому приблизно 50 % маси С60 у водному розчині зосереджено в частинках, які мають розміри <27 нм. Методом просвічуючої електронної мікроскопії показано, що виділена із води, тверда фаза являє собою типово колоїдні частинки з виразно розпізнаними сферичними агрегатами від 7 до 40 нм, а структурні дослідження, за методом мікродифракції свідчать про упорядкований (кристалоподібний) характер таких агрегатів С60. Експерименти з електрофорезу С60 FWS показали, що в вивченій системі колоїдні частинки С60 мають негативний заряд (для великих частинок розміром 3-5 мкм значення z-потенціала-9 МВ).Ізодіаметричні частинки, головним чином менші за 40 нм, які складаються із ще менших сферичних частинок і мають кристалоподібний характер, схильні до подальшого утворення кластерів. Характер коагуляції під дією неорганічних солей відповідає класичному правилу Шульце-Гарді і основним висновкам теорії ДЛФО. Введення в кров водних розчинів фуллеренів не супроводжується коагуляцією. Отримав подальший розвиток запропонований раніше спосіб оцінки характеру взаємодій між компонентами системи фуллерен - барвник за допомогою мякоіонізуючої 252Cf-ПД-мас-спектрометрії на прикладі взаємодії катіонних барвників з частинками гідрозолю С60. Дані мас-спектрометрії та електронної спектроскопії, разом з порівняно низькими значеннями порогів швидкої коагуляції, підтверджують переважно адсорбційний механізм взаємодії катіонних барвників різних класів з колоїдними частинками фуллерена у воді.Colloidal Dispersions of Fullerenes C60 in Water: Some Properties and Regularities of Coagulation by Electrolytes // J. Chem. Studies of aqueous colloidal solutions of fullerene C60 by electron microcopy // Chem. A: "Fullerenes and Carbon Based Materials", Strasbourg, France.- A: "Fullerenes and Carbon Based Materials", Strasbourg, France.- Aqueous solutions of fullerenes as prototypes of new class of medicinal products // Book of Abstracts of the 3rd International workshop in Russia (IWFAC"97):"Fullerenes and atomic clusters".

Основний зміст роботиОсновний зміст дисертаціі викладено в публікаціях

1. Досліджені в роботі водні розчини фуллерену С60 є полідисперсними ультрамікрогетерогеними ліофобними іонно-стабілізованими колоїдними системами. Ізодіаметричні частинки, головним чином менші за 40 нм, які складаються із ще менших сферичних частинок і мають кристалоподібний характер, схильні до подальшого утворення кластерів.

2. Розчини виявляють властивості гідрозолей з негативно зарядженою поверхнею частинок. Характер коагуляції під дією неорганічних солей відповідає класичному правилу Шульце-Гарді і основним висновкам теорії ДЛФО. При взаємодії частинок С60 з органічними катіонами, поряд з дисперсійною і електростатичною складовими розклинюючого тиску, значний внесок чинять адсорбційна і структурна складові.

3. Лаурилсульфат натрію, полівінілпіролідон і альбуміни виявляють захисну дію у відношенні до гідрозолю С60. Однією з причин стійкості до коагуляції золей С60 в біологічних рідинах може бути стабілізуюча дія альбуміну. Введення в кров водних розчинів фуллеренів не супроводжується коагуляцією.

4. Отримав подальший розвиток запропонований раніше спосіб оцінки характеру взаємодій між компонентами системи фуллерен - барвник за допомогою мякоіонізуючої 252Cf-ПД-мас-спектрометрії на прикладі взаємодії катіонних барвників з частинками гідрозолю С60.

5. Дані мас-спектрометрії та електронної спектроскопії, разом з порівняно низькими значеннями порогів швидкої коагуляції, підтверджують переважно адсорбційний механізм взаємодії катіонних барвників різних класів з колоїдними частинками фуллерена у воді. В ряді випадків адсорбція може супроводжуватися асоціацією іонів барвників на поверхні цих частинок.

6. На підставі даних про стійкість дисперсних систем сформовані уявлення про природу міжфазної межі вода - фуллерен. Виявлена особлива роль протолітичних взаємодій у формуванні поверхневого заряду.

7. Виявлена тенденція до утворення колоїдних агрегатів дискретних розмірів, у формуванні яких, можливо, приймають участь і окремі гідратовані молекули С60. Враховуючи відому схильність фуллеренів до агрегації в органічних розчинниках, а також той факт, що за своїми розмірами навіть окрему молекулу С60 можна розглядати як колоїдну частинку, можна вважати, що всім розчинам фуллеренів в тій чи іншій мірі властивий колоїдний стан. Останнє є особливо типовим, коли розчинником служить вода.