Цитрат контролирует слипание фуллеренов, но экологические риски сохраняются
Фуллерены (C60), также известные как "бакиболлы", демонстрируют негативную сторону. Эти полые углеродные молекулы, открытые в 1985 году, используются в нанотехнологиях и биомедицине — от электроники до носителей контрастных веществ.
Гидрофобные молекулы C60 слипаются в воде, образуя агрегаты из тысяч молекул. Есть данные, что такие агрегаты могут быть токсичны для микроорганизмов и даже рыб, если попадут в поверхностные или грунтовые воды.
Исследователи из Виргинского политехнического института (Virginia Tech) показали, что это поведение можно изменить добавлением лимонной кислоты, хотя последствия открытия ещё не ясны. Результаты были представлены на 235-м национальном собрании Американского химического общества (ACS) в Новом Орлеане 6–10 апреля 2008 года.
"Наша и другие группы по всему миру изучают, как образуются и ведут себя эти агрегаты фуллеренов", — говорит Питер Викесланд, доцент кафедры гражданского и экологического строительства. — "Они не оседают, оставаясь во взвешенном состоянии. Мы не знаем точно, сколько молекул в сгустке, и используем термин nC60, где N означает очень большое число".
Новизна работы группы Викесланда в том, что они добавили к молекулам лимонную кислоту — природное и доступное соединение. В результате вместо неструктурированных сгустков образуются воспроизводимые сферические агрегаты.
Они обнаружили, что при небольшом количестве кислоты (имитирующей условия случайного выброса) агрегаты похожи на образующиеся в чистой воде. Но при увеличении концентрации кислоты диаметр агрегатов уменьшается. Цель — понять последствия этого для токсичности, перемещения и судьбы фуллеренов в окружающей среде.
Лимонная кислота служит моделью для других органических кислот, включая внутриклеточные. Некоторые сферы на основе цитрата, обнаруженные группой, аналогичны тому, что происходит внутри человеческих клеток при воздействии C60.
"Мы полагаем, что цитрат и другие карбоновые кислоты повышают растворимость C60 в воде", — говорит Викесланд.
Будущие экологические исследования будут проводиться на модели подземной среды с использованием песчаной колонки, чтобы определить, как эти "подкислённые" массы перемещаются в грунтовых водах.
Группа также исследует, можно ли использовать взаимодействие C60–цитрат для создания объектов воспроизводимой формы. Многие современные продукты на основе фуллеренов требуют применения растворителей, которые затем смываются, но фуллерены могут их удерживать.
Использование цитрата — это "очень зелёная химия", — отмечает Викесланд. — "Растворителей нет. Это более чистый способ производства. Цитрат может стать альтернативой".
Однако есть и сложности: связь не прочная, а слабая сила притяжения, что делает сферические агрегаты нестабильными.
"Пока мы не знаем, как они распадутся и какие продукты образуются", — говорит Викесланд.
Он предупреждает, что текущая гонка по внедрению фуллеренов в материалы (например, в кремы как антиоксиданты) может быть неразумной, поскольку их поведение в среде органических кислот непредсказуемо.
"Существуют неопределённости. Все хотят предотвратить будущие проблемы", — заключает исследователь.