9. Нанотүтікшелер, құрылысы, қасиеттері, қолдануы.

Нанотүтікше диаметрі бірнеше нанометр, ал ұзындығы оншақты микрон болатын милиондаған көміртегі атомынан тұратын молекула. Адамның шашының қалыңдығынан 100 мың есе аз нанотүтікшелер сирек кездесетін ете берік материал.Олар болаттан 50-100 есе берік, әрі тығыздығы алты есе аз. Нанотүтікшелерден космонавттар, өрт сөндірушілерге арналған ыңғайлы киімдер тігу үшін, ете берік және жеңіл композиттік материал, микроскопқа зонд жасауға болады. Олар өзінің салмағынан бірнеше тонна артық жүкке шыдайды. Ғалымдар соңғы кезде нанотүтікшенің ішіне басқа дененің атомдарын енгізіп, олардың қасиеттерін (тіпті изоляторды өткізгішке) өзгертуге болатындығын тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Микроприборларда оларды сым ретінде қолданса, таңқалатыны, бойымен тоқ жүргенде жылу бөлінбейді. Нанотүтікшелер газды (әсіресе сутегі) сақтауға қауіпсіз материал. Автомобилдерге жанғыш элемент ретінде сутегіні пайдаланса, ол бензинге қарағанда экологиялық таза элемент, алайда сутегі мелшері үлкен баллонды қажет етеді. Ал машиналарға ауыр баллондарды салу олардың жылдамдығын азайтатын еді. Мүмкін болашақта автомобилдерге сутегімен толған қолданатын шығар. Америкалық «Carbon Nanotechnologies» тәулігіне 0,5-1 кг ғана нанотүтікше жасап шығара алады. Жапонияда жылына 120 тонна нанотүтікше шығаратын зауыт та іске қосылуда. Энергияны генерациялайтын керемет гибридті наноматериал ойлап табылды. Техас және Луизиан атындағы Техникалық Университетінің ғалымдары көміртекті нанотүтікшелері және мыс сульфидінің нанобөлшектері бар гибридті материал ойлап тапты.Эксперимент нәтижесінде алынған наноматериал термоэлектрлік генератордың прототипін ойлап табу барысында қолданылды. Соның бір айғағы фуллерендер аккумуляторлық батареяларды шығаруға қолданылуда. Оның өз «ағайындарынан» айырмашылығы — сыйымдылығы бес есе көп, салмағы өте аз, жоғары экологиялық сапасы мен санитарлық қауіпсіздігінде. Батареяның бұл түрін жеке компьютерлер мен дыбыс аппараттарының қоректену көзіне пайдаланады. Бірақ, оны жүзеге асыру оңай шаруа емес. Өйткені, америкалық «Царбон Нанотецһнологіес» тәулігіне 0,5-1 кг ғана нанотүтікше жасап шығара алады. Бұл ретте Жапония да белгілі бір мөлшерде табысқа жетті. Мұнда жылына 400 кг фуллерен шығаратын тәжірибе зауыты салынуда. Сонымен бірге, осы елде жылына 120 тонна нанотүтікше шығаратын зауыт та іске қосылуда.1991 жылы профессор Сумио Иидзима ұзын көміртекті цилиндр-нанотүтікшені байқаған.

10) Фуллерен, ашылу тарихы, құрылысы, қасиеттері, қолдануы. Фуллерендер – көміртегінің аллотроптық формалар классына кіретін молекулалық қосылыстар (алмаз, графит және карбин). Сфера жазықтығында бесбұрыштар (пентагондар) және алтыбұрыштардан (гексагондар) құралған. Фуллерендер молекуласында көміртегі атомдары дұрыс бесбұрыштар мен алтыбұрыштардың төбесінде орналасқан. Теориялық тұрғыдан екілік және ординарлы байланыстардың 12500 түрі болуы мүмкін (теориялық тұрғыдан болуы мүмкін ең төменгі C20 фуллеренінің құрылымы додекаэдр(он екі бесбұрышты) тәріздес). Көміртегі каркасында C атомы sp²-гибридтелу күйінде болады, және әрбір көміртегі атомы көрші үш атомдармен байланысқан. 4 валенттілік әрбір көміртегі атомдарының арасындағы π-байланыстардың арқасында түзіледі. Өзінің құрылымы жағынан C60 молекуласы футболл добын еске түсіреді “Фуллерен” деген атау 1967 жылы Монреалда (АҚШ) өткен EXPO-67 көрмесінде инженер, архитектор Ричард Бакминстер Фуллер құрастырған сфералық құрылымы фуллерендер тәріздес конструкциясына байланысты. Алғаш фуллерендердің болу мүмкіндігін 1970 жылы Е. Осава және З.Иошида болжаған болатын.

Ал алғашқы фуллеренді, яғни осы қосылыстар класының өкілі бакминстерфуллерен (C60) 1985 жылы Райс Университетінде (Хьюстон, штат Техас, АҚШ) Ричард Смолли, Роберт Керл, Джеймс Хит, Шон О'Брайен және Гарольд Крото графитті лазерлі сәулелендіру арқылы, плазманы синтездеу жолымен алды. 1990 жылы В. Кретчер және Д.Р. Хоффман қатты фуллерендерді микрокристалдар түрінде синтездеп алды. Табиғатта таралуы .Көміртек бос күйінде алмаз, графит, карбин деп аталатын аллотропиялық күйлерінде кездеседі. Табиғи қосылыстары карбонаттар (СаСО₃ • МгЦО₃ - доломит, СаСО₃ - мәрмәр, МгЦО₃ - магнезит). Байланысқан күйде көмірде, мұнайда, табиғи газдарда кездеседі. Бос күйінде көміртек улы емес, ал оның қосылыстары ЦО - иіс газы, ССл₄ - төрт хлорлы көміртек, ЦС₃ — күкіртті көміртек улы заттар.Аллотропиялық түрезгерістері кристалдық торларының әр түрлілігімен сипатталады.Физикалық қасиеттері Алмаз ең катты зат, графит май тәрізді жылтыр сұр түсті жұмсақ зат. Графит 2000°С-да, төменгі қысымда карбинге айналады. Жаңадан алынған фуллерен деген түрі де бар, ол футбол добы сияқты құрылысты болады. Көміртектің бұл түр өзгерістеріне аморфты көміртекті қосуға болады. Оны ағаш көмірін, тас көмірді ауа қатысынсыз құрғақ айдау арқылы алады. Сонда алынған көмірде өз бетіне газдарды, сұйықтарды сіңіретін қасиет (адсорбция) пайда болады.Алынуы .Көміртек ағашты ауасыз ыдырату арқылы, органикалық заттардың көмірленуі нәтижесінде түзіледі.Қолданылуы .Алмаз - бұрғылар жасау үшін, қырланған алмаздан бриллиант, әшекейлі зат әзірленеді.Графит - қарындаштың өзегі, электродтар дайындауда.Кокс (Ц) тотықсыздандырғыш ретінде металл өндіруде.Активтелген көмірдің адсорбциялық қасиеті медицинада және газтұтқыштар (противогаз) әзірлеуде қолданылады. Фуллерендер фармакологияда жаңа дәрілерді ойлап табуда қолданылады. Осыған орай 2007 ж жүргізілген тәжірибе бойынша бұл заттар аллергияға қарсы тұруға арналған дәрілер жасауға болатын болған .Әртүрлі өнделген фуллерендер адам иммунитетіндегі вирустарды жеңуге мүмкінді бар екені белгіленген. Жәнеде фуллерендер отқа төзімді краска табуда қолданысқа ие. Краскаға фуллерен қосқандықтан ,өрт әсерінен температура жоғарлағанда ісінеді, соның әсерінен көпіршікті қабат пайда болады және керекті конструкциямыздың қайнау уақытын критикалық температураға дейін бірнеше есе үлкейтеді. Фуллерендер аккумуляторлық батареяларды шығаруға қолданылуда. Оның басқа батареялардан айырмашылығы — сыйымдылығы бес есе көп, салмағы өте аз, жоғары экологиялық сапасы мен санитарлық қауіпсіздігінде. Батареяның бұл түрін жеке компьютерлер мен дыбыс аппараттарының қоректену көзіне пайдаланады. Бұл ретте Жапония да белгілі бір мөлшерде табысқа жетті. Мұнда жылына 400 кг фуллерен шығаратын тәжірибе зауыты салынуда. Грекше «икосаэдр»-грань,қыры.20қыры,30 қабырғасы,12 бұрыштары бар.Фуллерен молекулалары 20-540 дейін көміртек атомы болады,сфера тәрізді. Фуллерендерді медицинада, ракеталық құрылыста,әскери электроника мақсатында, электроникада, оптикалық электроникада, машина өндірісінде, техникалық өнім өндірісінде, компьютерлер жасауда және т.б. кеңінен қолданады. Айырмашылығы:-органикалық еріткіштерде ериді, -ерітіндіден кристалдары кристалданып шығады, -түсі қызыл-қоныр, -молекулалық қозғалысы ретсіз .Фуллерен құрылысының 6 бұрышты-1,386А° және 5 бұрышты-1,434А° тұрады.Фуллерен молекуласының ішкі диаметрі 5А°,сыртқы диаметрі 7,1А°.Фуллерен тұрақты құрылыс,кристалдық күйінде ауадағы оттекпен әрекеттеспейді,қышқыл мен негіздің әсерінен тұрақты.360°С балқымайды.Химиялық қасиеттері:фуллерен аксепторлы қасиеті жоғары,күшті негіздердің әсерінен 6 электронға дейін қосып алады,оңай нуклеофильдер мен радикалдарды қосып алады.Негізгі металдардың әсерінен тотықсызданғанда металдан электрон фуллеренгекөшеді.фуллерен құрылымы –регби добы сияқты.

11. Мембрана, везикула, липосома. Биологиялық мембрана — клетканың және клетка ішіндегі бөлшектердің (ядро, митохондрии, хлоропластар, пластидтер) бетінде орналасқан молекулалық мөлшердегі (қалыңдығы 5 — 10 нм), белокты-липидтік құрылымды жұқа қабықша. Биологиялық мембрана өткізгіштік қасиетіне байланысты клеткада тұздардың, қанттың, амин қышқылдарының, иондардың, т.б. заттардың алмасу өнімдерінің концентрациясын, олардың тасымалын және алмасуын реттейді. Клетканың протоплазмасын қоршап тұрған биологиялық мембрана клеткалық мембрана деп аталады. Клеткалық мембрана қос қабатты белокты-липидті молекулалардан тұрады. Биологиялық мембрананың құрылымы мен ерекшелігі туралы нақты ғылыми мәліметтер 20 ғасырдың басында белгілі болды.Биологиялық мембрана — аса күрделі құрылымды зат. Оның құрамында ферменттік белоктар, ерекше рецепторлар, электрондарды тасымалдаушы, энергияны өңдеуші құрылымдар сонымен қатар гликопротеиндер мен гликолипидтер болады. Мембраналық белоктардың көпшілігі мембрананы тесіп өтіп орналасса, ал кейбірі оған жартылай ғана еніп немесе жанасып жатады. Мембраналық белоктар түрлі қызмет (мысалы, гликопротеиндер антиген рөлін) атқарады. Кейбір химиялық реакциялар (мысалы, хлоропластарда жүретін фотосинтездің жарық реакциялары немесе митохондриидағы тотыға фосфорлану процесі) биологиялық мембрананың өзінде жүреді. Сондай-ақ, биологиялық мембрана клетканы қоршап, сыртқы ортадан оқшаулауы арқылы клетканың морфологиялық тұтастығын сақтайды. Биомембрананың атқаратын қызметін түсіну үшін, оның құрылысын қарастырайық. Әрбір биомембрананың негізгі құрылыс элементі — фосфолипидтер. Фосфолипидтер құрамында глицерин болады. Глицериннің екі гидроксил тобына 12-ден 22-ге дейін жұп санды көміртек атомдары бар май қышқылдары байланысады. Глицериннің үшінші гидроксил тобына фосфор қышқылының қалдығы, ал одан әрі қарай фосфолипидтің құрылымын анықтайтын арнайы радикал байланысқан. Мұндай радикалдарға: холин, инозитол, серин жөне этаноламин жатады. Фосфолипидтің жалпы құрылымын қарастырсак, оның май қышқылдарынан құралатын майлы (гидрофобты) бөлігі және фосфор қышқылының қалдығы мен радикалдан тұратын (гидрофильді) бөлігі болады. Фосфолипидтер суда бірден мембрана түзеді. Ол кезде фосфолипидтердің майлы бөліктері сумен байланысқа түспеуге тырысып, өзіне ұқсас фосфолипид бөліктерімен жақындасады. Ал гидрофильдік бөліктері сыртка суға қарай бағытталады. Осындай жолмен бірден екі қабат фосфолипидтен тұратын, екі қабатты мембрана түзіледі. Мембрананың ішкі бөлігі екі қабат май қышқылынан тұрады, ал сыртқы қабатын екі қабаттан тұратын фосфат қалдығы мен фосфолипид радикалдары құрайды. Везикула (Весіцұла - көпіршік) - Тері бөртпелерінің бірінші ретті морфологиялық элементтерінің бірі. Экссудаттың эпидермисте жиналып, кішкене қуыс құрауы нәтижесінде қалыптасады. Орнына қарай эпидермис іші және эпидермис астына орналасқан көпіршік болады. Везикула түрлері: Транспортты везикула, синаптикалық везикула,газдық везикула, лизосома, матрицалық везикула. Везикула лецитин мен холестериннен тұратын сфералық бөлшектер. Заттардың жасушаішілік-везикулалық тасымалдануының әмбебап және тиімді құралы болып тасымалдану (мембрана) көпіршіктері (липосомалар, мицеллийлар) арқылы секреторлық механизм негізінде тасымалдануыболыптабылады. Везикулалық тасымалдануда тасымалданатын ақуыздар мен липидтер кепіршік (липосома, мицелла) қабырғасын (мембранасын) құрастырады, ал оның қуысында басқа органеллаларға арналған не жасушасыртына шығарылатын«жүк»молекуласыболады.Жасушаішілік везикулалық тасымалдау эвдоплазмалық ретикулум (ЭПТ) мембранасынан басталады. Липосома — өздігінен сулы фосфолипидті қоспаларда пайда болатын тұйық шариктер. Олардың қабырғалары бір немесе бірнеше фосфолипидті қабаттардан тұрады.Липосома ішінде су немесе ерітінді болады. Везикула (Vesicula - көпіршік) - Тері бөртпелерінің бірінші ретті морфологиялық элементтерінің бірі. Экссудаттың эпидермисте жиналып, кішкене қуыс құрауы нәтижесінде қалыптасады. Орнына қарай эпидермис іші және эпидермис астына орналасқан көпіршік болады. Везикула түрлері: Транспортты везикула, синаптикалық везикула,газдық везикула, лизосома, матрицалық везикула. Везикула лецитин мен холестериннен тұратын сфералық бөлшектер. Заттардың жасушаішілік-везикулалық тасымалдануының әмбебап және тиімді құралы болып тасымалдану (мембрана) көпіршіктері (липосомалар, мицеллийлар) арқылы секреторлық механизм негізінде тасымалдануыболыптабылады. Везикулалық тасымалдануда тасымалданатын ақуыздар мен липидтер кепіршік (липосома, мицелла) қабырғасын (мембранасын) құрастырады, ал оның қуысында басқа органеллаларға арналған не жасушасыртына шығарылатын«жүк»молекуласыболады.Жасушаішілік везикулалық тасымалдау эвдоплазмалық ретикулум (ЭПТ) мембранасынан басталады.  Липосома - тұйық көпiршiктер сумен өзiмен-өзi фосфолипидтардың қоспаларында пайда болады.Липосомалардың диаметрiн 20 нм дан10-50 мкм ға дейін өзгертедi. Медицинада қолданылуы бойынша, Липосомалардың көмегiмен мембранаға витаминдер, гормондар, антибиотиктер мен тағы басқа дәрi-дәрмектердiң әсерiн зерттейдi.  Липосомалар дәрі тасушыларда қолдануға қолайлы. Және де липосомалар эксперименталды онкологияда кең қолданыста.Липосомалар – фосфолипидті нанобөлшектер. Липосомалар – бұл арнайы сұйықтармен толтырылған микроскопиялық сфералық бөлшектер. Липосомалар капилярдың порлары арқылы енеді. Липосомалардың басқа дәрілерді тасушылармен салыстырғандағы артықшылықтары: Химиялық құрамы бойынша жасушаның табиғи мембранасымен ұқсастығы;Әмбебап(универсалды ); Липосомарды қажетті органдарға апарғанннан кейін оңай жойылып, иммунды системамен байланыспай және организмде ешқандай аллергиялық реацияларды туғызбайды;Липосомалар клетканың бетінде сіңіріледі, жасушаның мембранасымен бірігіп оның бір бөлігі бола алады. Липосомалардың түрлері: Липосомалы вакциналар(вирусомалар);Инсулинді липосомалар;Ісіктерге қарсы препараты бар липосомалар;Антибиотикті липосомалар ( бруцеллезға қарсы гентамецин);Лейшманиозды емдеуге арналған сурьмалы липосомалар.