‘Buckyball’ có khả năng tích lũy trong mô sống

Nghiên cứu tại đại học Purdue cho thấy phân tử cácbon tổng hợp gọi là fullerenes, hoặc buckyballs, nhiều khả năng có thể được tích lũy trong mô động vật, tuy nhiên phân tử này có thể dễ dàng phân hủy dưới ánh sáng mặt trời, do đó giảm thiểu tác hại có thể của chúng đối với môi trường.

Buckyball có thể được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm và ứng dựng trong tương lai, từ thiết bị dẫn thuốc cho trị liệu ung thư đến vải siêu cứng và áo giáp quân sự, cảm biến hóa học và công nghệ chứa hyđrô cho ắc quy và pin ôtô.

Chad Jafvert, giáo sư kỹ thuật tại Purdue, cho biết: “Vì có nhiều ứng dụng tiềm năng, nghiên cứu phản ứng của buckyball trong môi trường cũng như tác động môi trường có thể của chúng là điều quan trọng”.

Các nhà nghiên cứu hòa buckyball vào dung dịch nước và một hóa chất gọi là octanol, có thuộc tính tương tự mô mỡ ở động vật. Jafvert và nghiên cứu sinh bậc tiến sĩ Pradnya Kulkarni là những người đầu tiên đưa ra tài liệu về làm thế nào buckyball được “phân chia”, hoặc phân phối vào nước, đất và mô mỡ của động vật hoang dã như cá.

Những phát hiện đó cho thấy buckyballs có nhiều khả năng thâm nhập mô mỡ hơn thuốc trừ sâu DDT đã bị cấm. Tuy nhiên, trong khi DDT có hại với động vật, hiện vẫn chưa có tác động độc hại nào của buckyball được biết đến.

Jafvert cho biết: “Nghiên cứu này chỉ rõ nhu cầu tìm hiểu kỹ lưỡng hơn về vị trí các vật liệu phân bố trong môi trường, Phát hiện của chúng tôi cho thấy những vật liệu đó thâm nhập vào cá và các sinh vật khác, có thể đến nồng độ độc hại. Tuy nhiên điều này cũng thể hiện khả năng tích lũy sinh học của buckballs. Chúng có thể phân hủy trong môi trường hoặc trong cơ thể sinh vật”. Các nhà nghiên cứu vẫn chưa biết liệu buckyball có phân hủy trong môi trường hoặc được động vật chuyển hóa hay không. Đó là cơ sở để dánh giá nguy cơ tích lũy của buckyball trong mô mỡ.

Jafvert giải thích: “Ví dụ, chúng ta không tích lũy đường vì chúng ta tiêu hóa đường, nhưng chúng ta tích lũy các hợp chất mà chúng ta không chuyển hóa. Nếu chúng ta có khả năng chuyển hóa buckballs, chúng ta sẽ không tích lũy chúng”. 

Mô hình phân tử “buckyball”. (Ảnh: iStockphoto/David Freund)

Những phát hiện được trình bài chi tiết trên số tháng 8 của tạp chí Environmental Science and Technology. Tác giả của bài báo là Jafvert và Kulkarni.

Các nhà nghiên cứu đã xác đinhj “hệ số phân chia octanol-nước”, điều này cho phép họ hiểu khả năng phân chia của buckyballs.

Jafvert cho biết: “Điểm mấu chốt là nếu buckyball phân chia dễ dàng từ nước sang octanol, chúng cũng có thể dễ dàng phân chia từ nước sáng mô mỡ”.

Các nhà nghiên cứu cũng đồng thời nghiên cứu liệu ánh sáng mặt trời có phân hủy buckyball và các cấu trục ông cácbon nano, cũng là một ứng dụng công nghiệp phổ biến, hay không, Jafvert cho biết: “Chúng ta cần biết phản ứng của vật liệu này trong môi trường, Chúng có phân hủy hay không? Loại sản phẩm nào chúng hình thành? Cho đến nay chúng ta biết rằng buckyball hấp thụ ánh sáng, và phản ứng với ánh sáng. Đó là một đặc điểm có lợi vì nó có nghĩa rằng buckyball không tồn tại trong một thời gian dài trong môi trường, làm giảm hàm lượng tiếp xúc cũng như độc tố mà buckyball có thể có".

Được đặt theo tên kiến trúc sư R. Buckminster Fuller, người thiết kế buckminsterfullerenes, hay buckyballs, dưới dạng phân tử hình cầu bao gồm 60 nguyên tử cácbon. Buckyball có chiều rộng khoảng 1 nanomét, hay 1/1 tỷ mét, tương đương với độ rộng của 10 nguyên tử.

Các nhà nghiên cứu đã xác định chính xác làm cách nào để hòa tan buckyballs trong nước và khẳng định rằng các phân tử này tạo thành một cụm, điều này càng khiến nỗ lực tìm hiểu quá trình hòa tan của buckyballs trong nước trở nên phức tạp.

Jafverrt cho biết: “Thông thường, buckyballs không xuất hiện trong nước vì tính hòa tan của chúng quá thấp, tuy nhiên điều tương tự cũng xảy ra với DDT. DDT được tìm thấy trong tram tích,vì vậy cũng có thể tìm thấy buckyballs trong trầm tích. Điều này có nghĩa rằng có khả năng những sinh vật dưới nước, như giun ăn trầm tích, sẽ có nhiều khả năng tích lũy buckyballs trong cơ thể, trừ khi vật liệu này phân hủy trong môi trường".

Nghiên cứu liên kết với Trung tâm vì môi trường, và Trung tâm công nghệ nano Birck tại Công viên khám phá của Purdue. Cơ quan bảo vệ môi trường và Quỹ khoa học quốc gia đã tài trợ cho nghiên cứu qua Nhóm nghiên cứu nano liên ngành của NSF, hay NIRT. Nghiên cứu là một phần của dự án NIRT tại Purdue bao gồm các nhà nghiên cứu nông học, kỹ thuật dân dụng, kỹ thuật nông nghiệp và sinh học, kỹ thuật cơ khí, khoa học thức ăn, và khoa học khí quyển và trái đất.