Знание- сила, 2006 № 10 (952)

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.

Дальнейшее развитие нанотехнологий в ретроспективном плане было связано со следующими важными событиями. В 1986 году вышла в свет книга Э. Дрекслера под названием "Машины созидания: грядущая эра нанотехнологий". В 1991 году японский профессор Сумио Лиджима, работающий в компании NEC, использовал фуллерены для создания углеродных трубок (или нанотрубок) диаметром 0,8 нанометров. На их основе в наше время выпускаются материалы в сто раз прочнее стали.

Открылась удивительная возможность собирать из этих нанотрубок различные наномеханизмы с зацепами и шестеренками. В настоящее время во всем мире растет производство фуллеренов на основе макромолекул углерода.

В этом же 1991 году в США заработала первая нанотехнологическая программа Национального научного фонда. В это же время Япония развернула программу своих нанотехнологических исследований. В Европе серьезная поддержка нанотехнологических исследований на государственном уровне началась только в 1997 году. В 1992 году Сиз Деккер, соединив углеродную трубку с ДНК, получил единый наномеханизм, что послужило основой для развертывания работ в сфере уже нанобиотехнологий. Позже ученый Гинжевский из исследовательской лаборатории фирмы IBM построил из десяти рядов фуллеренов (по десять молекул в каждом ряде) атомный абак, счеты древних арабов. Теоретики доказали, что подобный абак может запасти в миллиард раз больше информации, чем обычный компьютерный чип.

Необходимо заметить, что, по последним данным, одна из американских фирм уже приступает к производству энергонезависимых запоминающих устройств (NRAM) на основе фуллеренов, и интерес к перспективным устройствам проявили такие фирмы, как Intel, Motorolla. В 1997 году Эрик Дрекслер объявил, что к 2020 году станет возможной промышленная сборка наноустройств из отдельных атомов.

От уникальных биочипов и биосенсоров, создаваемых на основе нанотехнологий, уже может закружиться голова. Но возможности, открывающиеся перед медициной и другими сферами человеческой деятельности в случае реального осуществления промышленной сборки наноустройств и даже, более того, самовоспроизводящихся наносуществ, как это постулирует Эрик Дрекслер, превышает все, о чем до сих пор писали фантасты. Однако сомнения в принципиальной возможности такого все же имеются, и насколько они оправданы — пока не понятно.

Поводом серьезного философского спора последних лет послужила уже упоминавшаяся книга Эрика Дрекслера. Под термином "Машины созидания" Дрекслер ввел в рассмотрение молекулярные самовоспроизводящиеся роботы, способные производить сборку (ассемблирование) молекул, их декомпозицию, запись в память нанокомпьютера программ воспроизведения и, наконец, реализацию этих программ, т.е. самовоспроизведение (размножение). Они будут способны строить с абсолютной точностью и без погрешностей. Они изменят лицо мира, подарят человечеству что-то приближающееся к бессмертию и обеспечат возможность колонизации Солнечной системы.