Fullerenes: prospects of using in medicine, biology and ecology


  • D. V. Schur Frantsevich Institute for Problems of Materials Science
  • Z. Z. Matysina Oles Honchar Dnipropetrovsk National University
  • S. Y. Zaginaichenko Frantsevich Institute for Problems of Materials Science
  • N. P. Botsva Oles Honchar Dnipropetrovsk National University
  • О. V. Elina Oles Honchar Dnipropetrovsk National University

Abstract

Results of our own research and academic literature data on the properties of fullerenes and carbon nanotubes are analysed and summarized. Chemical stability of the structure and low toxicity of fullerenes determine their usage in medical chemistry, pharmacology and cosmetology. Due to its mechanical strength the nanotubes have become the basis of clean construction and barrier materials. It is shown that a matrix based on fullerit C60 can be obtained. It allows to store up to 7.7 wt. % hydrogen with formation of hydrofullerit C60H60. The usage of fullerenes for accumulation and storage of hydrogen enhances the prospects of clean hydrogen energy development. 

References

Ветров С. И. Шунгит – российский минерал здоровья / С. И. Ветров, Н. И. Ленкова, М. Е. Хар¬чевников. – М. : Москва, 2010. – 47 с.
Витязь П. А. Фуллеренсодержащие структуры для практических приложений / П. А. Витязь, С. А. Жданок, Э. М. Шпилевский // Углеродные наноструктуры. – Минск : Ин-т тепло- и массообмена НАН Беларуси, 2006. – С. 3–15.
Возможности использования материалов с фуллереновым покрытием в эндопротезах суставов / В. В. Лашнева, Ю. Г. Ткаченко, Д. В. Щур, Л. А. Матвеева // Фуллерены и фуллеренподобные структуры в конденсированных средах: Тез. докл. ІІ Междунар. симпоз. – Минск : Технопринт, 2002. – С. 202–203.
Износостойкость фуллеренового покрытия С60 в модельной жидкости организма / В. В. Лашнева, В. А. Дубок, Ю. Г. Ткаченко, Л. А. Матвеева // Водородное материаловедение и химия углеродных наноматериалов. – К. : AHEU, 2005. – C. 802–803.
Калинин Ю. К. Экологический потенциал шунгита // Шунгит и безопасность жизнеде-ятельности человека. Матер. І Всеросс. научно-практ. конф. – Петрозаводск, 2007. – С. 5–10.
Матысина З. А. Водород и твердофазные превращения в металлах, сплавах и фулери-тах / З. А. Матысина, Д. В. Щур. – Днепропетровск : Наука и образование, 2002. – 420 с.
Матысина З. А. Углеродные наноматериалы и фазовые превращения в них / З. А. Матысина, Д. А. Щур, С. Ю. Загинайченко. – Днепропетровск : Наука и образование, 2007. – 678 с.
Нанонауки и нанотехнологии: современные достижения, перспективы, проблемы и задачи развития / Н. А. Азаренков, В. Д. Орлов, Н. И. Слипченко и др. // Физическая ин-женерия поверхности. – 2005. – Т. 3, № 1–2. – С. 127–146.
Тарасов Б. П. Водородосодержащие углеродные наноструктуры: синтез и свойства / Б. П. Тарасов, Н. Г. Гольдшлегер, А. П. Моравский // Усп. химии. – 2001. – Т. 70, № 2. – С. 149–166.
Фуллереновые микрокристаллы как адсорбенты химических соединений / В. И. Берез-кин, И. В. Викторовский, А. Я. Вуль и др. // ФТП. – 2003. – Т. 37, вып. 7. – С. 802–810.
Фуллерены / Л. Н. Сидоров, М. А. Юровская и др. – М. : Экзамен, 2005. – 688 с.
Фуллерены – основа материалов будущего / В. И. Трефилов, Д. В. Щур, Б. П. Тарасов и др. – К. : AДEФ, 2001. – 408 с.
Шимановский Н. Л. Нанотехнологии в современной фармакологии // Межд. мед. журн. – 2009. – Т. 15, № 1. – С. 131–135.
Шпилевский Э. М. Современные методы и технологии создания и обработки матери-алов / Э. М. Шпилевский, С. А. Жданок. – Минск : Экоперспектива, 2007. – Т. 1. – С. 9–16.
Щур Д. В. Наноструктурные модификации углерода / Д. В. Щур, Ю. М. Шульга, С. Ю. Загинайченко // Неорганическое материаловедение. Основы науки о материалах. – К. : Наукова думка, 2009. – С. 437–458.
Andrievsky G. V. Hydrated C60 fullerenes as versatile bio-antioxidants, which in biological systems regulate free-radical processes by the "wise" manner / G. V. Andrievsky, I. S. Burenin // Nano Conference. – St. Gallen, Switzerland, 2004. – Abs. 261.
Andrievsky G. V. Is C60 fullerene molecule toxic? / G. V. Andrievsky, V. K. Klochkov, L. I. Derevyanchenko // Full. Nanotub. Carb. Nanostruct. – 2005. – Vol. 13, N 4. – P. 363–376. >> doi.:10.1080/15363830500237267
Avdeev M. V. Structural features of molecular-colloidal solutions of C60 fullerenes in water by small-angle neutron scattering / M. V. Avdeev, A. A. Khokhryakov, T. V. Tropin // Langmuir. – 2004. – Vol. 20. – P. 4363–4368. >> doi.:10.1021/la0361969
Biologically effective fullerene (C60) derivative with superoxide dismutase mimetic properties / S. S. Ali, J. I. Hardt, K. L. Quick et al. // Free Radical Biology and Medicine. – 2004. – Vol. 37, N 8. – P. 1191–1202. >> doi.:10.1016/j.freeradbiomed.2004.07.002
Bosi S. Antimycobacterial activity of ionic fullerene derivatives / S. Bosi, T. Da Ros, S. Casteliano // Bioorg. Med. Chem. Lett. – 2000. – Vol. 10. – P. 1043–1045. >> doi.:10.1016/S0960-894X(00)00159-1
Carbon nanomaterials in clean energy hydrogen systems / B. Baranowski, S. Y. Zaginaichenko, D. V. Schur et al. – Netherlands, Dordrecht: Springer, 2008. – 907 p.
Carbon nanomaterials in clean energy hydrogen systems – II / S. Y. Zaginaichenko, D. V. Schur, V. V. Skorokhod et al. – Netherlands, Dordrecht: Springer, 2011. – 540 p.
Carboxyfullerenes as neuroprotective agents / L. L. Dugan, D. M. Turetsky, C. Du et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1997. – Vol. 94. – P. 9434–9439. >> doi.:10.1073/pnas.94.17.9434
Comparative pulmonary toxicity assessments of C60 water suspensions in rats: Few differences in fullerene toxicity in vivo in contrast to in vitro profiles / C. M. Sayes, A. A. Marchione, K. L. Reed et al. // Nano Lett. – 2007. – Vol. 7, N 8. – P. 2399–2406. >> doi.:10.1021/nl0710710
Evaluation of the fullerene compound DF-1 as a radiation protector / A. P. Brown, E. J. Chang, M. E. Urick et al. // Radiation Oncology. – 2010. – Vol. 5. – P. 34–37. >> doi.:10.1186/1748-717X-5-34
Fullerene derivatives: An attractive tool for biological applications / S. Bosi, T. Da Ros, G. Spalluto, M. Prato // Eur. J. Med. Chem. – 2003. – Vol. 38, N 11–12. – P. 913–923. >> doi.:10.1016/j.ejmech.2003.09.005
Fullerene nanomaterials inhibit the allergic response / J. J. Ryan, H. R. Bateman, A. Stover et al. // J. Immunology. – 2007. – Vol. 179. – P. 665–672. >> doi.:10.4049/jimmunol.179.1.665
Fullerenes as a new class of radioprotectors / H. S. Lin, T. S. Lin, R. S. Lai et al. // Int. J. Radiat. Biol. – 2001. – Vol. 77, N 2. – P. 235–239.
Fullerenes for applications in biology / P. Anikumar, F. Lu, L. Cao et al. // Curr. Med. Chem. – 2011. – Vol. 18, N 14. – P. 2045–2059. >> doi.:10.2174/092986711795656225
Fullerenes: from carbon to nanomedicine / P. Chawla, V. Chawla, R. Maheshwari et al. // Mini. Rev. Med. Chem. – 2010. – Vol. 19, N 8. – P. 662–667. >> doi.:10.2174/138955710791572497
Hircher M. Hydrogen storage in carbon nanotubes / M. Hircher, M. Becher // J. Nanosci. Nanotechn. – 2003. – Vol. 3, N 1/2. – P. 3–17. >> doi.:10.1166/jnn.2003.172
Hydrogen in fullerites / D. V. Schur, B. P. Tarasov, Y. M. Shulga et al. // Carbon. – 2003. – Vol. 41, N 7. – P. 1331–1342. >> doi.:10.1016/S0008-6223(03)00057-5
Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials / D. V. Schur, S. Y. Zaginai¬chenko et al. – K. : AHEU, 2009. – 1168 p.
In vivo radioprotection by the fullerene nanoparticle DF-1 as assessed in a zebrafish model / B. Daroczi, G. Kari at al. // Clin. Cancer. Res. – 2006. – Vol. 12, N 3. – P. 7086–7091. >> doi.:10.1158/1078-0432.CCR-06-0514
Krokosz A. Fullerene in biology // Postepy Biochem. – 2007. – Vol. 53, N 1. – P. 91–96.
Lens M. Recent progresses in application of fullerenes in cosmetics // Recent Pat. Biotechnol. – 2011. – Vol. 5, N 2. – P. 67–73. >> doi.:10.2174/187220811796365707
Medical applications of fullerenes / R. Bakry, R. V. Vallant, M. Najamul-Haq et al. // Int. J. Nanomedicine. – 2007. – Vol. 2, N 4. – P. 639–649.
Melinon P. From small fullerenes to superlattices: Science and applications / P. Melinon, B. Masenelli. – Stanford : Pan Stanford Publishing, 2012. – 350 p.
Piotrovsky L. B. Fullerenes and viruses / L. B. Piotrovsky, O. I. Kiselev // Full. Nanotub. Carb. Nanostruct. – 2004. – Vol. 12, N 1–2. – P. 397–403.
Reversal of axonal loss and disability in a mouse model of progressive multiple sclerosis / A. S. Basso, D. Frenkel, F. J. Quitana et al. // J. Clin. Invest. – 2008. – Vol. 118, N 4. – P. 1532–1543. >> doi.:/10.1172/JCI33464
Safety evaluation of highly purified fullerenes (HPFs) based on screening of eye and skin damage / H. Aoshima, Y. Saitoh, S. Ito et al. // J. Toxicol. Sci. – 2009. – Vol. 34, N 5. – P. 555–562. >> doi.:10.2131/jts.34.555
Saito R. Physical properties of carbon nanotubes / R. Saito, G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus. – London : Imperial College Press, 2009. – 258 p.
Synthesis, structure and biological activity of nitroxide malonate mechanofullerenes / A.T. Gubaidullin, I. I. Faingold et al. // Org. Biomol. Chem. – 2007. – Vol. 5. – P. 976–981.
Tagmatarchis N. Fullerenes in medical chemistry and their biological applications / N. Tagmatarchis, H. Shinohara // Mini. Rev. Med. Chem. – 2001. – Vol. 1, N 4. – P. 339–348. >>doi.:10.2174/1389557013406693
>>doi.:10.2174/1389557013406684
Tagmatarchis N. Advances in carbon nanomaterials: Science and applications. – Stanford : Pan Stanford Publishing, 2011. – 400 p.
Tissue-protective effects of fullerenol C60(OH)24 and amifostine in irradiated rats / S. Trajkovic, S. Dobric, V. Jacevic et al. // Colloids Surf. Biointerfaces. – 2007. – Vol. 58, N 1. – P. 39–43. >> doi.:10.1016/j.colsurfb.2007.01.005
The prospects using of carbon nanomaterials as hydrogen storage systems / D. V. Schur, S. Y. Zaginaichenko, Y. M. Shul’ga et al. // Int. J. of Hydrogen Energy. – 2002. – Vol. 27. – P. 1063–1069. >> doi.:10.1016/S0360-3199(02)00009-5
Weiner H. L. A shift from adaptive to innate immunity: A potential mechanism of disease progression in multiple sclerosis // J. Neurology. – 2008. – Vol. 255, Suppl. 1. – P. 3–11. >> doi.:10.1007/s00415-008-1002-8
Published
2012-02-12
Section
Articles