巴克球

巴克球

碳原子组成的一种天然分子，又称为碳-60。其分子结构类似于巴克敏斯特·富勒设计的某种圆顶，因而得名。在大陆通常称为富勒烯。

由化学性质来看，C60具有近似石墨的sp2混成轨域，每个碳原子仅与相邻的三个碳原子键结，具有三个δ键和一个π键。

其碳－碳键有两种长度，分别为 1.38埃和1.45埃。

两个相邻六角形所共用的碳－碳键较短（如图黄色的键），接近双键(C=C)的性质(由一个δ键及一个π键所组成)。

而六角环和五角环共用的键较长（如图红色的键），接近单键(C-C)的性质。

C60的化学性质相当稳定，即使在时速高达二万四千公里的速度下撞击钢板也不会破裂，若在氮气中加热其晶体至550℃则会升华。

在室温下呈紫红色固态分子晶体。它与钻石一样不具导电性，但在18K时具有超导性；研究显示，它是以晶格里的电洞来传导电流(类似p型半导体)，若加入其它分子(例如三溴甲烷)来拉长晶格间距，可有效地提升其超导相变温度至117K。

科学家们发现巴克球，即C60分子，可以引起鱼的大脑损伤。日前，美国Rice大学和佐治亚理工学院的研究人员发现巴克球对人类细胞的毒性与巴克球表面是否粘有其他分子有密切的关系。

这是第一次对巴克球对单个人类细胞的毒性进行研究。研究的结果可以帮助科学家在实际应用中利用这种材料的毒性。

“毒性在很多情况下是有用的，”Rice大学生物与环境纳米技术中心主任Vicki Colvin说，“例如，我们可以利用有毒性的颗粒来杀死肿瘤细胞或有害细菌。在其他情况下——例如当颗粒有可能被释放到环境中去时——毒性又是有害的了。”

这项研究涉及纳米C60——由C60分子组成的纳米级聚合体（通常在水中形成），以及连接有三组化学基团的富勒烯分子。研究人员测试了这两种材料对两种人类细胞——肝癌细胞和真皮纤维原细胞的毒性。

结果表明，纳米C60对人类真皮细胞的毒性远大于C60(OH)24——表面连接有最多化学基团的富勒烯分子。

而且，表面修饰度越高的分子，毒性越低。

“我们深感鼓舞的看到，通过改变巴克球的表面性质，可以调节其毒性，”Colvin说，“而且，我们相信，这项技术对调节其他纳米颗粒的毒性也是有用的。”

研究人员估计，富勒烯分子能杀死细胞是因为它能产生氧化剂氧化细胞膜。他们相信，表面修饰度较高的C60的 毒性较低是因为它们产生氧化剂的能力被降低。

使半数真皮细胞死亡所需的纳米C60的浓度是20ppb (patrs per billion)。而对C3、Na+2-3[C60O7-9(OH)12-15](2-3)-、C60(OH)24，这个数字分别是10，000ppb、40，000ppb和>5,000,000 ppb。

这项研究成果发表在《Nano Letters》上。

“巴克球”家族有了新成员

据英国Nature，2009，458：262报道，过去“巴克球（buckyball，即富勒烯）”家族一直由碳原子所垄断，垄断被打破了。美国印第安纳州圣母大学的伯恩斯（P.Burns）和他的团队合成了由不同数量的铀原子所构成的“铀富勒烯”。

U60结构

人们对“巴克球”家族的代表C60分子（足球烯）已经非常熟悉了，富勒烯U60和它的孪生兄弟C60分子的形状十分类似，而U44有着花生形状的外表，由12个六边形与12个五边形组成。一般来说，相邻的五边形越少，富勒烯的结构也就越稳定，但U44却与此不符，因为相比于五边形规律，它更偏好具有更高的对称性的花生状外形。

铀富勒烯在溶剂中相当稳定，能保存好几个月。在水中，铀富勒烯又很容易发生自聚集过程，这与碳富勒烯截然相反，后者需要在强大电流的作用下才能进行自聚集。