Temná stránka progresívnych fullerénov  
Vyše dvadsať rokov svet pozná fullerény – molekuly uhlíka so zaujímavou štruktúrou. Predstavujú materiál budúcnosti s rozmanitým využitím a ich výskum a produkcia nepochybne porastú. Okrem nových technológií by vraj mohli priniesť aj zdravotné riziká.

 

 

Zvětšit obrázek
Budova Biosféry v kanadskom Montreale. Bola postavená R. B. Fullerom ako americký pavilón počas výstavy Expo 67.

Zaujímavé a sľubné molekuly
Fullerény predstavujú skupinu molekúl, pozostávajúcich výlučne z atómov uhlíka. Charakterizuje ich rozmanitosť štruktúrnych foriem v základnom tvare gule, elipsoidu, trubičky, či plochy. V súčasnosti sú známe aj rôzne viacvrstevné, polymérne, či kombinované štruktúry. Sférický typ sa zvykne prezývať anglickým výrazom buckyballs. Oba názvy – fullerény aj buckyballs – skrývajú v sebe odkaz na meno amerického architekta Richarda Buckminstera Fullera (1895 –1983), známeho (aj) svojimi sférickými kopulovitými stavbami. Druhým dôležitým typom fullerénov sú uhlíkové nanotrubičky s dĺžkou, ktorá aj niekoľko milión krát prevyšuje ich priemer.

Fullerény objavili v roku 1985 Robert Curl a Richard Smalley z Riceovej univerzity v Texase a Harold Kroto z britskej Univerzity v Sussexe. V roku 1996 im to prinieslo Nobelovu cenu za chémiu.
V prírode sa vyskytujú len veľmi malé množstvá fullerénov  - najčastejšie sférická forma C60 - v sadziach, či ako minerálna zložka horniny šungit (shungite), nájdenej na území ruskej Karélie. Predpokladá sa, že stopové množstvá vznikajú aj pri výbojoch bleskov.


Chemické a fyzikálne vlastnosti fullerénov viedli k mnohým rozmanitým výskumom a aplikačným riešeniam. Napríklad v medicíne na viazanie a cielený prenos špecifických liečiv do buniek niektorých nádorov, napríklad melanómov, alebo na transport antibiotík v boji s rezistentnými kmeňmi baktérií. Vysoká tepelná odolnosť, vynikajúca elektrická vodivosť a nanometrové rozmery, ktoré je možné spájať do mnohonásobne rozmernejších štruktúr, im predurčujú široké využitie v elektrotechnike, v optike, v nanotechnológiách, či v materiálovom výskume. Mali by predstavovať stavebné jednotky menších, rýchlejších a energeticky menej náročných čipov. Predstavujú sľubný materiál pre budúce optoelektronické obvody. Pomocou výstuže z uhlíkových nanotrubičiek je možné vyrobiť umelohmotný polymér, ktorý je ľahký a priesvitný, no pevný ako oceľ. Jednoducho, fullerény sú materiálom budúcnosti. Ich produkcia a využitie budú nepochybne narastať.

 

 

Zvětšit obrázek
Vysokohustotné uhlíkové nanotrubičky so zložitou štruktúrou pod elektrónovým mikroskopom. (Credit: Swiss Nanoscience Institute)

Povestná druhá strana mince?
Hoci niektoré štúdie z rokov 1996 až 2006 dokázali zdravotnú neškodnosť fullerénov (viď: heslo Fullerene , časť Safety), iné práce tieto závery spochybňujú. Pred pár dňami v prestížnom časopise Nature Nanotechnology vyšli dva články poukazujúce na ich riziká pre organizmus.

 

 

Zvětšit obrázek
Peter Tieleman, šéf tímu, ktorý namodeloval prechod známych 60 atomárnych sférických buckyballs cez bunkovú membránu. Foto: Ken Bendiksen

Podľa štúdie vedcov z Univerzity v Edinburghu je vraj vdychovanie fullerénových nanotrubičiek rovnako nebezpečné ako keby išlo o drobné ihličky azbestu. Môžu spôsobovať dýchacie ťažkosti, zápaly až rakovinu pľúc, ich obalov a pohrudnice - mezotelióm. Jemné, no ostré mikroskopické úlomky azbestových vlákien sú, podobne aj uhlíkové nanotrubičky, dostatočne drobné, aby s dychom prenikli hlboko do pľúc. No zároveň sú príliš veľké na to, aby ich imunitný systém dokázal zneškodniť. Vedci vystavili laboratórne myši vplyvu prostredia znečisteného týmto typom fullerénov. Výsledok: zápaly a poškodenie výstielok vnútorných telových dutín.

„Vedci už niekoľko rokov upozorňujú na podobnosti medzi nanotrubičkami a azbestovými vláknami, no doposiaľ tu nebola koordinovaná snaha analyzovať výsledky štúdií o ich toxicite“, tvrdí spoluautor práce, Andrew Maynard, vedúci vedecký poradca Medzinárodného centra Woodrowa Wilsona pre novovznikajúce nanotechnológie vo Washingtone D.C. Práve Maynard už od roku 2003 skúma možné zdravotné a environmentálne riziká tohto moderného a technologicky perspektívneho materiálu. Podľa jeho názoru „...technologické spoločnosti si neuvedomujú, že hoci ide o vynikajúce vodiče elektriny, zdravotne riziká používania uhlíkových trubičiek prevažujú nad ich technickými výhodami“.

 

Výsledky druhej štúdie, ktorá neprebiehala v klietkach s laboratórnymi zvieratami, ale v elektronických obvodoch počítačov, poukazujú na ďalšie riziko, ktoré môžu predstavovať fullerény. Tento krát ide o známe sférické 60-atómové buckyballs, ktoré vraj môžu vnikať do buniek cez ich povrchové membrány bez toho, aby ich mechanicky poškodili.

Zvětšit obrázek
Vedci skúmali viacstenné uhlíkové nanotrubičky, ktoré sú zložené z dvoch až päťdesiatich koncentricky usporiadaných tenkých jednovrstvových uhlíkatých rúrok. (Credit: University of Edinburgh/MRC Center for Inflammation Research)

Autorom počítačovej simulácie je kanadsko-thajský tím vedcov pod vedením biochemika Petra Tielemana z Univerzity v Calgary, ktorý sa zameral na výskum biofyziky membrán a programovanie biologických modelov. O molekulách buckyballs tvrdí: „Existujú štúdie, ktoré poukazujú na ich schopnosť prenikať z krvi do mozgu a pozmeniť funkcie buniek. To vyvoláva rad otázok o ich možnej toxicite a následkoch, ktoré by mohli mať ak by sa uvoľňovali do životného prostredia“.

Tielemanov tím využil vysokovýkonnú počítačovú sieť WestGrid, vytvorenú v spolupráci štrnástich západokanadských vedeckých inštitúcií. Výsledný model odhaľuje zaujímavý mechanizmus prechodu sférických fullerénov cez modelovú lipidovú dvojvrstvu, hlavnú  súčasť bunkových membrán. Vo vode molekuly buckyballs rýchlo vytvárajú zhluky. Tie sa, pri mikrosekundy trvajúcom, termodynamicky podporovanom prechode dvojvrstvou rozpadnú na jednotlivé molekuly, no na jej druhej strane sa opäť obnovia. Koncentrované vo vnútri bunky však môžu spôsobiť jej poškodenie. Pritom samotná membrána ostáva mechanicky nenarušená.

 

Aj keď výsledky oboch štúdií sú varovaním pred používaním fullerénov, nepodliehajte obavám. Pokiaľ s nimi priamo nepracujete, tak sa tieto zvláštne molekuly okolo vás prakticky volne nevyskytujú. Ani v uhoľných baniach ich množstvo nemôže predstavovať žiadne reálne riziko.

 

Odporúčané stránky:  Scieneworld ,  Objav, príprava a výskyt fullerenov

Zdroj: Scientific American
Nature Nanotechnology 
University of Calgary 

 

Datum: 29.05.2008 00:12
Tisk článku

Související články:

Nejpevnější materiál na světě aneb už v Sovětském svazu     Autor: Josef Pazdera (12.10.2013)



Diskuze:

at zije nanotechnologie

xyz,2008-05-30 20:36:02

zlate DDT...

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace