اولين فولرين كشف‌شده باكي‌بال بود، كه به علت شباهت با گنبد ژئودزي
آرشيتكت معروف باكمينستر فولر، باكمينستر فولرين نيز خوانده مي‌شد. اين
ماده را ريچارد اسمالي، رابرت كرل و هاري كروتو در سال 1985 در دانشگاه
رايسِ هوستون، خلق كردند. اين افراد به خاطر اكتشافشان در جايزه نوبلِ 1996
با يكديگر شريك شدند. |
|
|
تحقيقاتي روي کاهش لغزندگي باکي‌بال‌‌ها انجام شده است. کمي قبل از روش
فوق‌الذکر براي توليد نانوپيازها، لارس هولتمن و همکارانش از دانشگاه
لينکوپينگ در سوئد برخي از اتم‌هاي کربن باکي‌بال را با نيتروژن جايگزين
کرده، موجب پيوند آنها با هم، به صورت ماده‌اي سخت اما الاستيک شدند. اين
باکي‌بال‌‌هاي اصلاح شده نيز پوسته‌هايي را روي خود شکل داده و به همين علت
آنها نيز نانوپياز خوانده مي‌شوند. |
|
|
|
"شبيه‌سازي كامپيوتري يك عنصر حافظه
مبتني بر نانولوله. نانولوله دربرگيرنده يك مولكول C60 است. C60 به دليل
حمل يك اتم قليايي در قفس خود حاوي يك بار شبكه‌اي است. با اعمال ميدان
الكتريكي مي‌توان فولرين را بين دو سر اين" "كپسول جابه‌جا كرد. دو كمينة
انرژي اين سيستم در هنگام اتصال C60 به دوسر كپسول است، كه از آن مي‌توان
به بيت0 و بيت 1 استناد نمود. باتشكر از ديويد تومانك، دانشگاه ايالتي
ميشيگان" |
|
مواد مبتني بر فولرين‌ها مصارف مهمي در قطعات فوتونيك دارند (فوتونيك معادل
الكترونيك است با اين تفاوت كه در آن از نور به جاي الكتريسيته استفاده
مي‌شود). فولرين‌ها يك پاسخ نوري (تغيير خواص نوري در هنگام تابش نور)
بسيار بزرگ را از خود نشان داده‌اند و ممكن است براي مصارف مخابراتي مناسب
باشند. خواص نوري غيرخطي را مي‌توان با افزايش يك يا چند اتم فلزي در بيرون
يا درون قفس فولرين‌ها ارتقا داد. فولرين‌ها همچنين در نابودي راديكال‌هاي آزاد- كه باعث آسيب بافت‌هاي زنده مي‌شوند- مفيدند. لذا پيشنهاد شده است از آنها در مواد آرايشي جهت حفاظت پوست يا در درمان آسيب‌هاي عصبي ناشي از راديكال‌ها- كه نتايج آزمايش‌هاي آنها در خرگوش‌ها موفقيت‌آميز بوده است- استفاده شود. C60 هم‌اندازة بسياري از مولكول‌هاي داراي فعاليت زيستي، همچون داروي پروزاك و هورمون‌هاي استروئيدي است. لذا سنگ بناي مناسبي براي واريانت‌هاي داراي فعاليت زيستي به شمار مي‌رود. باكي‌بال‌ها كنشگريِ فيزيكي و شيميايي بالايي نسبت به مكان فعال يك آنزيم مهم HIV، موسوم به HIV پروتئاز دارند و آن را مسدود مي‌كنند. HIV پروتئاز هدف داروهاي ضدايدز كنوني است، اما به علت عملكرد مشابه آنها ويروسHIV نسبت به آنها مقاوم شده است. باكي‌بال‌ها، HIV پروتئاز را به اشكال مختلفي هدف مي‌‌گيرند و لذا مقاومت فوق‌الذكر نمي‌تواند مانع آن شود. همان‌طور كه پيش‌تر ذكر شد، پتانسيل C60 در حفاظت از اعصاب اثبات شده است و از محفظه‌هاي ساخته‌شده از آنها مي‌توان براي دارورساني سود جست. به مصارف باكي‌بال‌هاي حاوي اتم‌هاي محبوس‌شده – موسوم به فولرين‌هاي درون‌وجهي- بعداً اشاره خواهد شد. علاقة قابل ملاحظه‌اي در نيمه دوم 2001 پس از تحقيق آزمايشگاه‌هاي بل و لوسنت پديد آمد. اين تحقيق نشان داد كه فولرين‌ها در بالاي دماي نيتروژن مايع مي‌توانند ابررسانا شوند. اين يافته از آنجا مهم است كه نيتروژن مايع نسبتاً ارزان است اما ايجاد دماهاي پايين‌تر از آن بسيار سخت‌تر است. با اين حال ابهاماتي در اين مورد پديد آمد، چون محقق مربوطه – هندريك شون- چندي بعد در يك مطالعه الكترونيك مولكولي نيز از نمودارهاي مشابهي استفاده كرد. بعدها كار باكي‌بال‌ها نيز مورد تشكيك قرار گرفت و تاكنون كسي كار او را تكرار نكرده است. البته ابررسانايي فولرين‌ها و مشتقات در دماهاي بسيار پايين (چند ده درجه كلوين!)، اثبات شده است. در همان زمان ادعاي ديگري در مورد خاصيت مغناطيسي يك پليمر ساخته‌شده از باكي‌بال‌ها در دماي اتاق- اولين مغناطيس غيرفلزي- مطرح شد. با اين كه اشتباهي در اين مورد ديده نشده است، اما اين كار هم تكرار نشده است. گذشته از اين، كمي بعد پليمر ديگري گزارش شد كه بدون باكي‌بال داراي همان خاصيت بود. از فولرين‌ها مي‌توان به عنوان پيش‌سازي براي ديگر مواد، همچون روكش‌هاي الماسي يا نانولولهها استفاده كرد (مثلاً سوني با حرارت‌دادن فولرين‌ها و پلاتين به نانولولهها رسيده است). از فولرين‌ها به طور محدودی در تحقيقات بنيادي مكانيك كوانتومي استفاده شده است؛ چون آنها بزرگ‌ترين ذره‌اي هستند كه در آنها دوگانگي موج- ذره ماده ديده شده است (در اين تجربه مشاهده شده كه يك مولكول C60 هم‌زمان از دو مجراي مختلف مي‌گذرد). كاركردي‌سازي طي فرآيند موسوم به كاركردي‌سازي(functionalization)، مي‌توان براي اصلاح خواص فولرين‌ها گروه‌هاي شيميايي را به يك اتم كربن آنها متصل نمود. تعداد زياد اتم‌هاي كربن موجود باعث ملقب‌شدن فولرين‌ها به جاسنجاقي مولكولي، مخصوصاً در متون پزشكي شركت CSixty شده است. تحقيقات مربوط به كاركردي‌سازي فولرين‌ها به طور خاص در چند سال اخير افزايش يافته است، تا به جاي ايجاد پليمرها، تحقيقات معطوف واريانت‌هاي داراي فعاليت زيستي شود.  يك مثال زيبا از گروه‌های عاملی طولاني، خلق توپ بدمینتون[3] (شكل) توسط گروهي در دانشگاه توكيو بود. اين مولكول‌ها در مصارف بلور مايع كاربرد خواهند داشت، كه مي‌تواند بسيار فراتر از نمايشگرهاي بلور مايع و در زمينه‌هايي همچون اپتيك غيرخطي، فوتونيك و الكترونيك مولكولي باشد (Nature 419, 702-705). دانشگاه توكيو كارهاي جالبي در زمينه خلق مخلوط‌هاي فروسن‌ها و فولرين‌ها انجام داده است. فروسن‌ها تركيباتي حاوي آهن و گروه‌هاي آلي هستند، كه ده‌ها سال پس از زمان كشفشان توجه زيادي را به خود جلب كرده‌اند. مخلوط آنها با فولرين‌ها مي‌تواند منجر به توليد محفظه‌هاي دارورساني با اساس نانوساختارهاي داراي خواص الكترونيكي و فتونيكيِ مفيد شود. در اين دانشگاه محفظه‌هايي با بيش از حدود 13000 مولكول C60 اصلاح‌شده با نمك پتاسيم پنتافنيل فولرين، ساخته شده‌اند. دانشگاه رايس با همكاري مؤسسة فيزيك فشار بالاي آكادمي علوم روسيه بر روي فلوريناسيون پلي‌فولرين‌ها، زنجيره‌هاي پليمري و صفحات C60 كار مي‌كنند. پلي‌فولرين‌ها نسبت به پليمرهاي آلي همچون پلي‌اتيلن، پلي‌پروپيلن يا نايلون از پايداري بسيار بيشتري برخوردارند و افزايش فلوئور به پلي‌فولرين‌ها به شيميدانان كمك مي‌كند تا راحت‌تر با آنها كار كنند. محققان SRI International نيز روي خلق پليمرهاي مبتني بر فولرين‌ها با اتصال گروه‌هاي آمين به C60 كار كرده‌اند. نتيجه كار، انواع پليمرهاي داراي اتصالات عرضي بوده است كه براي روكش‌دهي پاششي، غوطه‌وري يا چرخشي مناسب مي‌باشند و پايداري حرارتي بالايي دارند. فولرين‌هاي درون‌وجهي يك عرصه تحقيقاتي كه لااقل به اندازه كاركردي‌سازي فولرين‌ها فعال است، جاي‌دهي اتم‌ها درون آنهاست. به مواد حاصل، فولرين‌هاي درون‌وجهي گفته مي‌شود، كه به صورت X@C60 بيان مي‌شوند. (X اتم محبوس و C60 يك فولرين است). عناصر واكنش‌دهنده را مي‌توان درون قفس فولرين‌ها تثبيت كرد. عنصر محبوس‌شده مي‌تواند خواص الكتروني و مغناطيسي فولرين را تغيير دهد (مي‌تواند الكترون خود را به فولرين ببخشد). خلق فولرين‌هاي درون‌وجهي چالش‌برانگيز است. راهكارهاي سادة آن، شامل خلق فولرين‌ها در حضور عنصر مورد نظر است، اما راندمان اين روش معمولاً كمتر از 1% است. با اين حال برخي از محققان همچون لوتار دانچ از مؤسسه تحقيقات مواد و حالت جامد لايپ‌نيتز ادعا كرده‌اند، با تنظيم شرايط واكنش مي‌توان به راندمان و انتخاب‌پذيري بالايي دست يافت. يك راهكار ديگر، مخلوط نمودن فولرين‌ها و مواد مورد نظر و قراردادن آنها در معرض دما يا فشار بالا يا استفاده از يك روش شيميايي براي باز نمودن فولرين‌هاست. محققان UCLA نحوه ايجاد حفرات كاملاً بزرگ را كنترل كرده‌اند، اما بستن آنها هنوز خارج از كنترل است. تعداد فراواني از عناصر از جمله گازهاي بي‌اثر در فولرين‌ها كپسوله شده‌اند. در اين حالت اتم محبوس‌شده تمايلي براي پيوند با اتم‌هاي كربن پيرامون ندارد، اما مي‌تواند مصارفي همچون تصويربرداري تشديد مغناطيسي (MRI) داشته باشد. استفاده از فولرين‌هاي درون‌وجهي براي مصارف تصويربرداري پزشكي نيازمند محلول‌بودن آنها در آب است. فولرين‌هاي بالاتر (بالاتر از C60) مشتقاتي دارند كه عموماً انحلال‌پذيرترند اما گران‌تر هم مي‌باشند. فولرين‌هاي درون‌وجهي C60 معمولاً نامحلول‌تر و حساس‌تر به آب‌اند، اما در عوض ارزان‌تر مي‌باشند. كاركردي‌سازي مي‌تواند قابليت انحلال‌پذيري در آب و پايداري درهوا را بهتر كند. علاوه براين ديده شده كه مشتقات C60 به‌خوبي از بدن دفع مي‌شوند، حال آن كه فولرين‌هاي بالاتر همچون C تمايل خود به تجمع در شش، كبد و استخوان را آشكار كرده‌اند. سازگاري نسبتاً بالاي سيستم‌هاي زيستي به كربن، يكي از دلايل توانمندي باكي‌بال‌ها در مصارف پزشكي مي‌باشد. از رسانش راديوايزوتوپ‌ها به سلول‌هاي سرطاني تا MRI هرچيزي كه درون حفاظ باكي‌بال‌ها باشد، از تماس با بدن در امان است. از همه مهم‌تر اين كه باكي‌بال‌ها آنقدر كوچك هستند كه از طريق كليه و ترشحات بدن دفع شوند. با اين حال سيستم‌هاي زيستي را مي‌توان نسبت به باكي‌بال‌ها حساس نمود (مثلاً با استفاده از پادتن‌ها در روي آنها) تا حضور باكي‌بال‌ها را در بافت‌ها و سيالات زيستي آشكار كنند. محققان دانشگاه رايس مولكول‌هايي از C60 و ديگر فولرين‌ها را طراحي كرده‌اند كه داراي يك اتم دروني گادولينيوم و يك ضميمه شيميايي (جهت انحلال در آب) مي‌باشند. در عوامل مرسوم ايجاد تباين MRI، اتم گادولينيوم به يك مولكول معمولي متصل مي‌شود و به‌سرعت از بدن دفع مي‌گردد، اما گادولينيوم محبوس در فولرين مي‌تواند زمان درازتري را در بدن به سر ببرد. همچنين محققان Virginia Tech سه اتم فلزي را به همراه يك اتم نيتروژن درون قفس فولرين C60 قرار مي‌دهند، تا عوامل ايجاد تباين چندمنظوره‌اي را بسازند- مثلاً دو اتم براي تصويربرداري MRI و يكي براي تصويربرداري اشعه ايكس. جواز اين كار به Luna Nanomaterials، كه محصول خود را trimetaspheres مي‌خواند، داده شده است. اين شركت مدعي است كه عوامل ايجاد تباين او 50 برابر عوامل مرسوم Magnevist (كه ثبت اختراع آن در حال انقضاست) كارآيي دارد. Luna بازار عوامل ايجاد تباين MRI خود را يك ميليارد دلار برآورد كرده است. Virginia Tech در اوايل 2002 در كاري ديگر، مشتق آلي يك متافولرين را ساخت كه قابليت انحلال بيشتري دارد و بيشتر به درد مصارف زيستي مي‌خورد. هدف نهايي، چسباندن گروه‌هاي محلول در آب همچون پپتيدها يا زنجيره‌هاي آبدوست به آنها مي‌باشد. ساختارهاي وابسته به فولرين‌ها هنگام ملاحظه قابليت فولرين‌ها لازم است به ساختارهاي جالب وابسته به آنها، همچون نانولوله‌هاي كربني يا مواد مختلف موجود در دوده فولرين‌ها هم توجه كنيم. علاوه بر اين اگر هندسه‌هاي محتمل ديگر را درنظر داشته باشيم، وجود حلقه‌هاي با بيش از 6 اتم (مثل هفت و هشت ضلعي‌ها) موجب ايجاد انحنا در خلاف جهت پنج‌ضلعي‌هاي فولرين‌ها مي‌شود. اشكال كربني مبتني بر اين انحناي منفي مدت‌ها پيش با نام شوارتزيت‌ها مطرح شده بودند و سرانجام در اواخر 2002 ساخته شدند (Applied Physics Letters 81, 3359-3361). اين مواد به‌شدت متخلخل، قابليت‌هايي در كاتاليزگري، ذخيره سوخت و زيست‌مواد دارند و بنابراين رقيب فولرين‌ها به شمار ميآيند. مواد ديگري كه قابل توجه‌اند، فولرين‌هايي هستند كه از عناصري به غير از كربن ساخته شده باشند. Applied Nanomaterials متخصص ساخت معادل‌هاي معدني نانولولهها و فولرين‌هاست. آنها ادعا مي‌كنند ساخت اين مواد ساده‌تر است و داراي مصارفي در بازار الكترونيك، كامپوزيت‌ها و روان‌كننده‌ها مي‌باشند. |
| 1 - تغییر ماهیت يك ماده با حرارت ولي بدون سوزاندن آن |
ارسال نظر برای این مطلب
اطلاعات کاربری
نانوذرات، روان كننده، كاهش اصطكاكلینک دوستان
آرشیو
آمار سایت