Новости химической науки > Бакиболы превращаются в бакибомбы

В 1996 году Роберт Кёрл, Харольд Крото и Ричард Смолли получили Нобелевскую Премию по химии за открытие бакибола (фуллерена) – полициклической структуры сферической формы, состоящей из атомов углерода, связанных в шести- и пятичленные циклы. Спустя два десятка лет исследователи разработали способ превращения бакиболов в бакибомбы.

Такие наноразмерные взрывчатые устройства могут оказаться полезными в борьбе с раком – есть надежда, что в перспективе такие системы могут использоваться для распознавания и уничтожения рака на клеточном уровне. Такое может происходить за счет крошечных нановзрывов, поражающих клетки рака и наносящих минимальный урон окружающей опухолевые клетки здоровой ткани.

Когда-нибудь с помощью бакибомб можно будет взрывать клетки опухоли. (Рисунок из The Journal of Physical Chemistry Letters, 2015; 6 (5): 913)

Один из авторов работы, Олег Преждо (Oleg V. Prezhdo), отмечает, что в перспективе технология будет использовать другие типы углеродных наноструктур, как, например, углеродные нанотрубки, однако исследование началось с фуллеренов, отличающихся большей стабильностью, и о которых собрано больше информации.

Близкие родственники фуллеренов, углеродные нанотрубки, уже применяются для лечения рака. Они могут накапливаться в опухолевых клетках, после чего их можно нагреть лазером, проникающим окружающие опухоль ткани и не оказывающим на них воздействия, непосредственно активируя разложение углеродных нанотрубок. По словам Преждо, модификация углеродных нанотрубок таким же методом, которым можно модифицировать фуллерены, сделает лечение опухоли более эффективным, понизив количество препарата, необходимого для уничтожения опухоли.

Для создания нано- и ультрананобомб Преждо с коллегами получил нитропроизводное фуллерена состава C₆₀[NO₂]₁₂ - такой нитрованный фуллерен взрывается, высвобождая значительное количество энергии. Первые девять нитрогрупп вводились в фуллерен таким образом, чтобы каждый углеродный пяти- и шестиугольник бакибола содержал по одной группе NO₂, остальные располагались в случайном порядке.

С помощью метода молекулярной динамики реакции [reactive molecular dynamics (ReaxFF)] исследователям впервые удалось получить детальный механизм взрыва наноразмерного нитросодержащего объекта. Установлено, что после инициирующего нагревания до 1000К нитрогруппы изомеризуются с образованием фрагментов C–O–N–O в течение пикосекунды. Вскоре после этого происходит высвобождение NO и образование групп CO на поверхности фуллерена. На дальнейших стадиях происходит окисление и C₆₀, и NO – до углекислого газа и диоксида азота соответственно – процесс такого разложения занимает не более 10 пикосекунд, при этом температура при таком взрыве поднимается на тысячи кельвинов, а давление – в десятки и сотни раз.

Источник: The Journal of Physical Chemistry Letters, 2015; 6 (5): 913 DOI: 10.1021/acs.jpclett.5b00120

метки статьи: #медицинская химия, #нанотехнологии, #физическая химия, #фотохимия, фотокатализ