富勒烯是1985年天文學家在研究宇宙星云的構(gòu)成時意外發(fā)現(xiàn)的。當科學家在實驗室模擬了宇宙星云的高真空、高能量環(huán)境，利用高能量激光濺射放置在真空室環(huán)境中的石墨時，意外發(fā)現(xiàn)了一種具有超穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的類似足球形的全碳分子，由五元環(huán)與六元環(huán)組成——這種材料就是后來被稱為“納米王子”的富勒烯。
1996年，發(fā)現(xiàn)富勒烯的三位科學家Smalley、Kurl和Kroto榮獲諾貝爾化學獎。自被發(fā)現(xiàn)以來，富勒烯一直在納米科學界廣受關(guān)注，尤其是因為其穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和獨特的物理化學特性在多個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，比如潤滑油添加劑、太陽能電池、磁共振造影劑等，甚至在生物工程基因運載體、軍用激光防護鏡等方面也有用武之地。
生物領(lǐng)域應(yīng)用
由于富勒烯有獨特的電子特性，可以高效率淬滅自由基，比維生素抗自由基能力高出成百上千倍，堪稱自由基海綿，這為富勒烯抗氧化產(chǎn)品提供了思路。
近年來，富勒烯作為一種極強的抗氧化物在皮膚抗氧化衰老、促進毛囊生長等領(lǐng)域的應(yīng)用備受關(guān)注。在日本，人們利用富勒烯能消除自由基的功效制備化妝品，甚至有人將其做成富勒烯水，當成保健品來喝。
在上周舉行的南京新材料技術(shù)峰會上，中科院化學所的王春儒研究員向《第一財經(jīng)日報》記者透露，他的團隊正在開發(fā)金屬富勒烯抗腫瘤藥物，已經(jīng)開始準備材料申請臨床試驗，這種抗腫瘤藥物有望在未來幾年上市。此前，富勒烯已經(jīng)被證明在延長小鼠壽命、攻擊惡性腫瘤附近血管內(nèi)皮細胞等方面具有作用。不過，王春儒表示，由于研究金屬富勒烯的門檻較高，量產(chǎn)較難，因此市場化仍然面臨瓶頸。
王春儒團隊曾在實驗室里做過富勒烯與生物細胞相互作用的實驗，發(fā)現(xiàn)加入水溶性富勒烯的細胞顯示出更強的生物活性。另一位高能所的研究員趙宇亮也曾試圖利用金屬富勒烯治療癌癥，他將極微量的富勒烯注入患有癌癥的小鼠體內(nèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)富勒烯能將小鼠的腫瘤細胞殺死，而對正常細胞沒有毒害作用。
“這也間接證明了富勒烯在生物毒性、生物安全方面是很友好的材料?！蓖醮喝鍖Α兜谝回斀?jīng)日報》記者表示，“過去十幾年，富勒烯的主要應(yīng)用就是在生物醫(yī)藥化妝品領(lǐng)域，目前全球十幾個品牌的化妝品都含有富勒烯成分。放眼未來，富勒烯抗腫瘤藥物潛力無限?！?br />
根據(jù)國家納米科學中心的官方網(wǎng)站，在一篇《高效低毒抗腫瘤納米藥物的研制及其作用機制的研究》文章中具體解釋了富勒烯衍生物抗腫瘤作用及其機制。文章指出：“不同修飾的富勒烯衍生物可抑制腫瘤新生血管的生成、降低胞內(nèi)氧化自由基水平、增強機體的抗氧化能力和免疫能力，具有高效低毒的特點。基質(zhì)金屬蛋白酶在腫瘤轉(zhuǎn)移和血管生成中發(fā)揮重要作用，富勒烯可在溶液中形成團簇，選擇性地與基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP-9）的疏水區(qū)域通過氫鍵和疏水作用形成特異性結(jié)合。這些工作進一步闡明富勒烯衍生物作為一類新型抗腫瘤納米材料，在生物醫(yī)學領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，并為腫瘤治療提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，拓寬了研究思路?！?br />
制備瓶頸
“未來在相當長的一段時間內(nèi)，對金屬富勒烯的研究將是我們課題組的主流研究方向?！蓖醮喝鍖τ浾弑硎?，“其中一個方向是將金屬富勒烯的應(yīng)用做起來，尤其是富勒烯和金屬富勒烯的產(chǎn)業(yè)化。在國內(nèi)，我們已經(jīng)聯(lián)合一些公司開始推進噸級富勒烯和公斤級金屬富勒烯的生產(chǎn)。同時，也在聯(lián)合開發(fā)基于富勒烯的化妝品、工業(yè)潤滑油、有機太陽能電池等?！?br />
金屬內(nèi)嵌富勒烯具有許多空心富勒烯所沒有的特殊性質(zhì)。將順磁性金屬離子嵌入到富勒烯的碳籠后，既不會影響金屬離子的電磁特性，同時又可以將重金屬離子很好地包裹在碳籠當中從而避免對人體的傷害。例如含有金屬Gd的金屬富勒烯可以作為高效低毒磁共振成像造影劑，并用于腫瘤的早期診斷。這種造影劑極有可能取代目前商業(yè)化的產(chǎn)品，成為下一代臨床應(yīng)用的磁共振造影劑。
王春儒談到的另一個發(fā)展方向，是金屬富勒烯的基礎(chǔ)研究方面。他表示非常感興趣去發(fā)現(xiàn)一些新奇結(jié)構(gòu)的富勒烯并研究其應(yīng)用。他說：“目前，金屬富勒烯的實際應(yīng)用還受到一些限制，主要受制于金屬富勒烯制備的瓶頸急需突破?，F(xiàn)在，金屬富勒烯的產(chǎn)量還停留在克量級。這主要是因為金屬富勒烯的合成機理還沒有完全明確，現(xiàn)有合成條件需要在四五千攝氏度的高溫，由碳原子組成的分子碎片通過自組裝完成并在此過程中將金屬離子包入籠內(nèi)，而在這種條件下外在的人為調(diào)控基本是不可能的，這就給金屬富勒烯的大規(guī)模生產(chǎn)提出了很大挑戰(zhàn)?！?br />
不過鑒于富勒烯在自由基捕捉、光吸收、超導、完美結(jié)構(gòu)、DNA親和、電子受體、高效吸附和內(nèi)嵌分子等多方面的優(yōu)點，應(yīng)用前景非常廣泛。
富勒烯和金屬富勒烯的主要應(yīng)用領(lǐng)域還包括量子計算機、生物傳感器、激光防護、國防、譜學研究、光電器件等。當然也有持懷疑態(tài)度的人士，認為目前富勒烯的應(yīng)用都只是基于猜想和假設(shè)，并沒有充分的科學證據(jù)。
同一天參加南京新材料技術(shù)峰會的中易碳素創(chuàng)始人CEO李平對《第一財經(jīng)日報》記者表示：“自由基那套說法似是而非，從原理到機制都很難讓人信服，連自圓其說都算不上。富勒烯作添加成分的化妝品究竟有多大的效果，也很難用科學實驗來證明。所以應(yīng)用也最多是個概念?！?根據(jù)新材料在線引用的數(shù)據(jù)，關(guān)于富勒烯在清除自由基方面的功效目前已有近3萬篇論文被發(fā)表，近3000個專利獲得認可。
