富勒烯及其衍生物的发展及研究
富勒烯及其衍生物在医药领域的应用研究进展
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富勒烯及其衍生物生物学效应的研究进展
都对 富勒 烯及其 衍生 物产生 了浓 厚 的兴趣 ， 已报 道 的生 物 学
报告 。该研究 成果 拉开 了开发 低毒 性 、 功能 基 因植 入 法 的 高
制率 可达 ５ ， 富勒烯一 ５ 而 五肽则 为 ４ 。 Ｏ Ｕｅｇ ｎ 等 发 现富勒 醇能 使单 加 氧 酶 ， Ｎ Ｄ Ｈ（ 酶 如 Ａ Ｐ 辅
摘要
富勒烯及其衍生物的生物学效应成为富勒烯研 究非 常有潜 力的领 域和 方向。介绍 了富勒烯 及其衍 生
物的 ５种生物学效应， 即与蛋 白和酶的相互作 用、 自由基清除作用、 光敏化作用 、 菌作 用和对生物膜 的双重作用 ， 抗 提
出 了富 勒 烯 及 其衍 生 物 可 能被 开发 为 一 类 新 型 药 物 。
效 应包括 ＤＮＡ的光 剪切作 用 、 酶抑 制效 应 和细胞 毒 性等 ［ 。 １ ］
近期 还报 道 了一则 科技新 闻 ： 日本学 者野 人英 世 和 中村 荣一
等成 功地 向动物体 内植入 了可 运载基 因 的富勒烯 （ ） 以用 Ｃ。，
于医学治疗 。这是 世 界 上 以 富勒 烯 为载 体 植 入 基 因 的 首 次
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富勒烯衍生物在骨科领域的研究进展
骨性关节炎 （ ｓ ｏｒ ｒｉ， Ａ） Ｏ ｔ ａ ｈｉｓ Ｏ 是一种以关节软骨的变性 、 ｅ ｔ ｔ 破坏及骨质增生为特 征 的慢性关 节病 。其 发生 率随 年龄 的增 高而增多 ， 是老 年人 常见 的关节 病变 。Ｏ Ａ的病 理基 础是关 节 软骨的退变 ， 软骨基质 内糖蛋 白丢失 ， 关节 表层软骨 的软化 ， 在 承受压力的部位 出现 损伤 ， 软骨 逐渐 片状脱 落 ， 使软 骨层变 薄 甚至消失 ， 而引起老年 患者疼 痛不适 、 进 行走不便 等症状 。Ｙ — ｕ ｄｈ等 用家兔建立 Ｏ ｏ Ａ模 型 ， 分别 向兔关节 腔 内注 射水溶 性 富勒烯衍生物和过氧化物 （ ： ， Ｈ Ｏ ） ８周后 ， 在兔 Ｏ Ａ的模 型 中 ， 过氧化物能明显加重兔关节 内软骨的退变 ， 水溶性 富勒烯衍生
糖 皮质 激素是 临床 用 于治疗 多 种不 同疾病 的常 见药 物 。 应 用糖皮 质激 素 后 的不 良反 应 也 为 大 家所 熟 知 。在 骨科 领 域， 大量研究 表明激 素是导致 骨坏死 的重要原 因 ， 骨坏死 在 的病例 中 ， 以股骨 头坏 死 为 常见 。在对 激 素性 股骨 头 坏死 尤 发 病机 制研究 中 ， ｏ ｍ等 通过 对 ５ Ｙｕ ８名 股 骨头 坏死 患 者 的
２１ ０２年 ８月第 ３ ９卷 第 ｌ ５期
Ｃ ｉｅｅＪ ｕ ｎ ｌ ｆＰ ａｔ ａ ｄｃ ｅＡ ｇ２ １ ｈｎｓ ｏ ｒａ ｒ ｃ ｃｌ ｏ ｉ Ｍｅ ｉｎ ｕ ．０ ｉ
． ． 塑
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９ ・ ３
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综
述
・
富 勒烯 衍 生 物 在 骨科 领 域 的研 究 进 展
孙 京涛 刘 宏建 王 义 生
富勒烯衍生物的合成和应用
富勒烯衍生物的合成和应用富勒烯是一种由碳原子构成的球形分子，具有独特的结构和性质。
自从1985年发现以来，富勒烯一直受到科学家们的广泛关注。
富勒烯衍生物是通过在富勒烯分子上引入不同的官能团而形成的化合物，这些化合物在材料科学、生物医学和能源领域等方面展示出了巨大的应用潜力。
富勒烯衍生物的合成方法多种多样，其中最常用的方法之一是通过化学修饰来引入官能团。
通过在富勒烯分子上引入不同的官能团，可以改变其溶解性、光学性质和化学反应性等特性，从而拓宽其应用范围。
例如，通过在富勒烯分子上引入疏水官能团，可以提高其在有机溶剂中的溶解性，从而方便其在溶液中的处理和应用。
除了化学修饰，还可以通过物理方法来合成富勒烯衍生物。
例如，利用激光脉冲照射富勒烯分子，可以在其表面形成不同的官能团。
这种方法具有简单、高效的优点，可以实现对富勒烯分子的定向修饰。
富勒烯衍生物在材料科学领域展示出了广泛的应用前景。
由于其独特的结构和性质，富勒烯衍生物可以用于制备高性能的电子器件和光电材料。
例如，将富勒烯衍生物应用于有机太阳能电池中，可以提高其光电转换效率和稳定性，从而实现更高效的太阳能利用。
此外，富勒烯衍生物还可以用于制备高效的荧光材料和传感器，用于生物医学成像和分析等领域。
在生物医学领域，富勒烯衍生物也展示出了巨大的潜力。
由于其良好的生物相容性和低毒性，富勒烯衍生物可以用作药物传递系统，将药物载体精确地输送到病变部位。
此外，富勒烯衍生物还可以用于抗氧化剂和抗肿瘤剂的开发，具有很高的应用价值。
在能源领域，富勒烯衍生物也被广泛应用于光伏器件和储能材料的研究中。
例如，将富勒烯衍生物应用于染料敏化太阳能电池中，可以提高其光电转换效率和稳定性。
此外，富勒烯衍生物还可以用于制备高性能的锂离子电池和超级电容器，提高能源存储和释放的效率。
总之，富勒烯衍生物的合成和应用是一个非常活跃和有前景的研究领域。
通过合理设计和调控富勒烯衍生物的结构和性质，可以实现对其应用性能的优化和提高。
富勒烯发展史
富勒烯发展史富勒烯是一种碳原子构成的分子，其结构呈现为一个或多个六角形连接在一起形成球状、管状或者是其他几何形状，是一种具有特殊物理和化学性质的纳米材料。
自从1990年发现以来，富勒烯就引起了广泛的关注和研究。
富勒烯不仅在化学领域有着许多应用，还在材料科学、医学和生物学等领域展现出巨大的潜力。
富勒烯的发展史可以追溯到20世纪80年代末，当时美国科学家哈罗德·克罗托（Harold Kroto）等人通过实验意外地合成出了C60富勒烯，并于1996年获得了诺贝尔化学奖。
这一发现引发了科学界对富勒烯的研究热潮。
不久之后，科学家们又成功地合成出了其他形式的富勒烯，如C70、碳纳米管等，为富勒烯的进一步研究拓展了新的方向。
随着对富勒烯的研究不断深入，人们逐渐认识到了富勒烯的广泛应用潜力。
在材料科学领域，富勒烯被应用于制备高强度、高导电性的纳米材料，例如富勒烯纳米管具有优异的导电性和导热性，被认为是未来电子器件和传感器的候选材料。
在医学领域，富勒烯因其良好的生物相容性和抗氧化性能而被用作药物载体和抗氧化剂，为疾病治疗和预防提供了新的可能性。
在环保领域，富勒烯还可以被应用于废水处理、环境监测等方面，具有重要的环保意义。
然而，尽管富勒烯具有诸多优异的性质和广泛的应用前景，但其在商业化生产和大规模应用方面仍面临诸多挑战。
首先，富勒烯的制备成本较高，且合成方法繁杂，需要进一步优化和提高效率。
其次，富勒烯作为一种新型纳米材料，其安全性和环境影响等方面尚需深入研究，以确保其在应用过程中不会对人类健康和环境造成危害。
此外，富勒烯的稳定性和储存性能也需要进一步改进，以满足不同领域对其性能的要求。
为了克服这些挑战和推动富勒烯的应用，科学家们正在不断探索新的合成方法和应用领域。
例如，利用光化学方法、微生物代谢工程等技术可以降低富勒烯的合成成本，提高其产量和纯度。
同时，研究人员还在不断探索富勒烯在电子器件、光电子器件、催化剂等方面的应用，为其商业化生产和工业化应用奠定基础。
富勒烯衍生物的拉曼光谱研究
富勒烯衍生物的拉曼光谱研究最近几年，许多研究人员对富勒烯衍生物的拉曼光谱研究表示了极大的兴趣。
拉曼光谱也是研究富勒烯衍生物的有效手段，它有助于研究富勒烯衍生物特性，了解它们之间的化学内聚关系，并可用于制备新型富勒烯衍生物材料。
富勒烯衍生物，含有四元环的碳衍生物，可以分为六类：芳香烯类、芳杂烯类、芳环烯类、芳噻烯类、芳噻类和芳二萜烯类。
它们的拉曼光谱特征是在可见光到近红外的波段上出现的一系列可识别的吸收带，这些吸收带所表示的物理化学结构是由它们具有的极性、非极性和结构复杂性决定的。
拉曼光谱是研究富勒烯衍生物的重要方法。
它可以反映富勒烯衍生物的结构特征，包括分子内环状碳链的连接程度、环状链的二级及多级结构，以及环状碳链的平面偏离度等。
此外，也可以利用拉曼光谱来研究合成的衍生物的稳定性或加热过程中的变化，以及富勒烯衍生物与其他物质的相互作用。
目前，许多研究都是在拉曼光谱的基础上，对富勒烯衍生物进行研究和分析。
首先，可以采用拉曼光谱进行结构鉴定，从而确定分子结构，例如确定碳链上元素结构、碳链的环状结构、碳链的平面偏离程度以及碳链上的氢核结构等。
其次，可以使用拉曼光谱来确定特定的芳香环结构，以提高其稳定性。
此外，可以使用拉曼光谱来研究富勒烯衍生物与其他物质的混合物，并以此作为提高制备新型材料的有效方法。
近年来，许多研究者都利用拉曼光谱来开展研究。
例如，研究人员采用拉曼光谱研究芳香环衍生物的化学偶联，结果表明它们具有较强的立体选择性，并可用于改进晶体结构。
此外，也可以利用拉曼光谱来研究碳碳双键的加成反应，并可以用此作为一种新型的分子识别方法。
总之，拉曼光谱是研究富勒烯衍生物的重要手段，可以反映他们的特殊结构组成，从而帮助我们更好地理解它们的特性，提高新型材料的性能，并开发更多的新型材料。
因此，今后将会有许多研究者朝着这一方面发展，开展更深入的研究，以探索拉曼光谱研究富勒烯衍生物的更多应用。
富勒烯发展史
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基于[60]富勒烯的功能衍生物的合成及性质研究
![基于[60]富勒烯的功能衍生物的合成及性质研究](https://img.taocdn.com/s3/m/981028dcf71fb7360b4c2e3f5727a5e9846a2751.png)
基于[60]富勒烯的功能衍生物的合成及性质研究本文旨在研究基于60富勒烯（FullereneC60）的功能衍生物的合成方法及其性质，从而为60富勒烯本身及其衍生物在生物医学材料，太阳能电池，纳米技术和光电器件等领域的应用提供服务。
60富勒烯（C 60是一种二维和三维六边形碳结构的含量最高的碳奥氏体，也是当今最为研究的碳基材料之一。
它具有优秀的光电性能，可以有效地吸收可见光和紫外光，具有极高的机械强度，耐热性和耐氧化性，是一种非常重要的材料。
60富勒烯衍生物具有优异的性能，广泛应用于生物传感，药物控释，光学记录和智能膜等领域，是研究人员的热门研究课题。
60富勒烯的衍生物合成方法主要有合成脱氢，烯基氢化，水化，氧化，交联，酯化和硝基化等。
这些反应中的最重要的一种是酯化反应，可以将各种有机醇，醛，酸，酯等转化为60富勒烯衍生物，可以得到具有全新特性的C 60生物。
60富勒烯衍生物具有多种特性，包括良好的光学性能，高分子量，优异的机械性能和良好的光催化活性。
它们在生物传感应用中展现出极强的分子识别能力，可以用来检测和分析特定的有机分子，这在医学检查和临床治疗中有很大的价值。
此外，60富勒烯衍生物也可以用于太阳能电池的制作，可以提高电池的光伏性能，为实现更高的能效提供支持。
同时，60富勒烯衍生物也可以用作高效的纳米技术材料，它们具有极佳的机械强度，热稳定性和耐腐蚀性，可用于制作纳米电子设备。
此外，它们还可用于光学记录和智能膜，可以调节光照强度，防止过度曝光，减少光照损伤，提高照明性能和节能效果。
当今，60富勒烯及其衍生物在生物医学材料，太阳能电池，纳米技术和光电器件等领域的应用正在逐步拓展。
因此，对60富勒烯衍生物的合成及其性质的研究非常重要，可以为更多的新型材料和新型设备提供理论和实验支持。
通过对60富勒烯衍生物合成及其性质的研究，我们可以加强对这些材料和设备的认识，研究其在某些特定领域中的应用，可以为今后更多新型材料和新型设备的研发奠定牢固的基础。
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富勒烯及其衍生物的发展及研究——文献综述摘要：富勒烯是无机化学研究中十分重要的一个领域。
近年来，对富勒烯的结构、衍生物、在各方面的应用等都有了新的突破，而本文则是以文献综述的形式，通过阅读文献对近五年来有关富勒烯及其衍生物的发展及研究进行总结描述。
关键词：富勒烯物理性质化学性质应用前言：1985年，人类在相继发现了石墨、金刚石之后，Kroto等发现了富勒烯，即C60，更以其独特的物理、化学性质引起了科学界普遍的关注。
Ｃ60是含有众多双键具有独特笼型结构的三维芳香化合物．它的６０个位于顶点上的碳原子组成了球形３２面体，其中有１２个面是五边形，２０个面是六边形［１］．这种结构类似于日常生活中所见到的足球，因此也被称作“足球烯”。
这种特殊的结构使它具有特殊的超导、强磁性、耐高压、抗化学腐蚀等优异的性质．在超导材料、光电导材料、化妆品、纳米粒子材料、生物医学等领域应用前景广阔。
内嵌式富勒烯的研究更是近来有关富勒烯研究的热门课题。
1.富勒烯的性质1.1物理性质Ｃ60是非极性分子，外观呈深黄固体，随厚度不同颜色可呈棕色到黑色．密度为1.678ｇ／ｃｍ，不导电，但具有良好的非线性光学性质、光电导性，是很好的光电导材料，熔点＞553Ｋ，易升华，易溶于含有大∏键的芳香性溶剂中，磁流中性，但是其五元环有很强的顺磁性，而六元环具有较为缓和的介磁性；分子中的60个碳原子是完全等价的．由于球面的弯曲效应、五元环的存在，使得碳原子的杂化方式介于sp2和sp3杂化之间，从立体构型来看，Ｃ60具有点群对称性，分子价电子数高达240个。
[2]1.2化学性质1.2.1亲核反应—与金属的反应C60与金属的反应主要分为两类一种是金属被置于C60碳笼的内部; 另一种是金属位于C60碳笼的外部。
（1）C60碳笼内配合物生成反应: C60碳笼为封闭的中空的多面体结构, 其内腔直径为7. 1 A,内部可嵌入原子、离子或小分子形成新的团簇分子 , C60+ A C60 ( A)。
其主要包含物种类为金属、惰性气体及部分极性分子（如LiF），其中金属包含物研究最为广泛。
Sm alley等人现已发现如 K、Na、Ba、Sr、Ho、Th等碱金属、碱土金属、绝大多数稀有金属均可与C60形成C60(A)。
（2）C60碳笼外键合反应: 能与 C60键合的金属有: V、Fe、Co、Ni、Rh、Cu、La、Yb、Ag 等[3]。
1.2.2加成反应由于Ｃ60的不饱和性，C60可以与胺类、磷化物等发生加成反应，在格氏试剂作用下还可以与CH3I反应，生成烷基化物。
2.发展及应用2.1Ｃ６０纳米材料目前，一维、二维、三维Ｃ６０纳米材料的制备方法都较为完善，。
近年，Ｓｈｒｅｓｔｈａ等更是利用液－液界面沉积法（ＬＬＩＰ）和表面活性剂协助自组装方法，将Ｃ６０溶解于丁醇／苯体系中，通过表面活性剂双甘油单月桂酸酯协助自组装，形成貌较为规则的一维Ｃ６０纳米棒和纳米管[4]。
研究表明，由于富勒烯Ｃ６０纳米材料的光化学性能、光电转化性能、催化性能及强抗氧化能力，使其在光学、有机太阳能电池、催化以及生物医学等方面具有十分广阔的应用前景[5]。
2.1富勒烯乙二胺的抗辐射损伤性能目前，国内外对水溶性富勒烯衍生物辐射生物学的研究还十分有限，且仅限于γ射线的辐射防护性能研究，对中子以及中子/γ射线复合的辐射防护性能则未见有关报道。
在林涛[6]等的研究中,合成了一种水溶性富勒烯衍生物———富勒烯乙二胺。
由红外光谱（ＦＴＩＲ）、电子自旋共振技术（ＥＳＲ）和电喷雾质谱（ＥＳＩ－ＭＳ）等表征手段，得出富勒烯与乙二胺合成的主要产物有C60NH2CH2CH2NH2、C60（NH2CH2CH2NH2)2 C60（NH2CH2CH2NH2)3 、C60（NH2CH2CH2NH2)4且对同样受γ射线和中子等高能射线或粒子照射所产生自由基，所制得的富勒烯乙二胺均表现出了明显优于市场上常用的辐射防护剂香兰素的抗辐射损伤特性。
2.3富勒烯及其衍生物在医学方面的应用富勒烯独特的结构赋予它许多特殊的物理、化学性质。
如富勒烯通过光诱导产生单重态氧高达100%，被喻为“单重态的发生器”；富勒烯极易与游离基反应，被喻为“吸收游离基的海绵”；富勒烯的体积与HIV病毒活性中心的孔穴大小相匹配，又可能堵住洞口，切断病毒的营养供给；富勒烯有３０个双键，可以发生多种化学反应，是药物设计的理想基体，可以根据需要接上多种基团，人们把富勒烯喻为药物设计中的“化学针插”。
富勒烯的这些特性引起了生物化学家、药物学家的浓厚兴趣，并已在富勒烯及其衍生物的生物活性方面取得了一些令人振奋的结果。
但是，富勒烯固有的疏水性和生物毒性，使它们在生物化学领域的研究和应用受到限制，因此，制备水溶性及低生物毒性的富勒烯衍生物具有重要的意义[6]。
在何婷[7]等发表的文章中，我们可以发现，富勒烯在医学方面的应用可以分为以下三点：（1）抗病毒活性和抗菌性： An[8] 等研究发现，富勒烯纳米颗粒和富勒醇纳米颗粒通过对运动发酵单胞菌细胞核的细胞膜造成损伤，从而降低细胞的代谢反应和发酵性能；Kornev[9]等合成了一种四羧酸酯富勒烯衍生物，该衍生物在水中的溶解度不高，但该衍生物钠盐的水溶性则有显著提高，而且该衍生物具有显著的抗病毒、抗癌和抗氧化活性；Patel[10]等研究发现，一种阳离子富勒烯衍生物可以通过抑制次黄嘌呤-鸟嘌呤的磷酸核糖转移酶进而抑制肺结核中的分支杆菌属。
（2）抗氧化活性：富勒醇的抗氧化性可表现在以下几个方面:①无论在体内还是体外，富勒醇可以通过清除自由基而很好地阻止神经元细胞的兴奋性毒性、细胞凋亡损伤和大脑中的转基因神经退行性疾病［11］②富勒醇可以通过清除自由基而使肝脏、心脏、肺、肾等内脏器官免受氧化［12］③富勒醇可以保护细胞、组织和器官免受电离辐射产生的自由基损伤。
（3）富勒烯作为药物载体：富勒烯具有生物稳定性，而且可以通过共价键与很多药物相连，所以富勒烯具有释缓系统的功能。
Lucafo[13]等合成了一种富勒烯衍生物并在 MCF7细胞中进行生物学实验，结果表明，该衍生物在细胞长时间的暴露后仍可以不受细胞凋亡的影响，细胞对该衍生物的吸收在 12 h 时达到最大值，并持续吸收到 72 h，通过检测，该衍生物分布于整个细胞质中，而不是分布于细胞核中的某个区域和其他细胞器中，在 c ＜ 25 μmol / L 时，该物质对细胞没有毒性。
结果还表明，该衍生物对哺乳动物的细胞有着很强的影响，而且其进入细胞的能力很强，因此可以成为很有前景的抗癌药物载体。
2.4超硬富勒烯2014年，莫斯科理工学院、俄罗斯超硬和新型碳材料技术研究所(FSBI TISNCM)和密西根大学的研究人员，采用一种新方法合成了一种由碳簇或由碳原子组成的球形分子构成的聚合物——超硬富勒烯材料。
研究人员指出,天然钻石的硬度接近150 GPa,但超硬富勒烯的硬度已超越钻石,成为在150到300 GPa列表值范围内位列第一的坚硬材料。
但由于现代设备无法大规模提供反应开始所需13GPa高压强，这种方法无法用于工业生产。
在新的研究中发现,在最初的混合剂中加入了二硫化碳，也可合成有价值的超硬富勒烯，但压强降至8GPa，温度降至室温，可形成一定规模的生产。
超硬富勒烯的发现使材料科学的研究迎来了一个新的方向[14]。
3.小结富勒烯具有特殊的分子结构，从而赋予了它特殊的物理性质与化学性质，使之在材料、抗辐射、医学等多个领域都有着广阔的前景。
目前而言，在富勒烯的研究上已经取得了不错的成果，但事实证明我们对富勒烯的研究依旧不够，富勒烯有着更广更优的价值。
相信随着对富勒烯深入的研究，它会给我们更多的惊喜。
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