CC BY
28Особенности физико-химических свойств растворов гидратированного фуллерена С60 в широком диапазоне
разведений
О. Яблонская1, Е. Буравлева2, К. Новиков2, В. Воейков2, А. Трофимов1
1 - Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН 2 - Биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова olga.yablonsky@gmail.com
Гидратированный фуллерен С60 (ИуРпС60) представляет собой супрамолекулярный объект, в котором молекула фуллерена заключена в многослойную оболочку из молекул воды [1]. Водные растворы ИуРпС60 обладают широким спектром биологической активности [2]. Учитывая, что фуллерен С60 химически довольно инертен, можно предположить, что биологическая активность ИуРпСбО обусловлена особыми физико-химическими свойствами водной оболочки, образованной вокруг фуллерена С60, которая может оказывать влияние на физико-химические свойства водной системы, содержащей молекулы ИуРпСбО. В частности, благодаря своей идеальной симметрии С60 может выступать в роли уникального организатора воды. Высокой биологической активностью могут обладать и водные системы, представляющие собой сверхвысокие разведения растворов ИуРпС60 [3]. Это указывает что физико-химические свойства таких водных систем могут быть весьма нетривиальными.
В настоящей работе представлены результаты исследований некоторых свойств водных систем, полученных путем последовательных 100-кратных разбавлений деионизированной водой миллиО растворов ИуРпС60 (10-7 М), их с интенсивным перемешиванием на каждом этапе до расчетной концентрации ИуРпС60 10-31 М. Для контролей использовали серию аналогично полученных разведений воды миллиО: исходную воду «разводили» той же водой в 100 раз и интенсивно встряхивали. Первое потенцированное разведение ИуРпС60 соответствовало его концентрации 10-9 М; аналогичный образец воды условно назвали «потенцией» 10-9. Это и все последующие потенцированные разведения ИуРпС60 сравнивали с соответствующими разведениями («потенциями») воды милли О.
Один из подходов заключался в титровании полученных разведений №0И или ИС1 и сопоставлении параметров кривых титрования. Обнаружено, что разведения ИуРпС60 и «потенции» воды, обладают нетривиальными буферными свойствами. Так, при титровании разведений ИуРпС60 и «потенций» воды №0И буферные емкости, усредненные по всем разведениям ИуРпС60 и по всем «потенциям» воды не отличалась. Однако значения рН различных разведений ИуРпС60, особенно в диапазоне концентраций от 10-17М и ниже сильно варьировали, тогда как значения рН соответствующих «потенций» воды в этом диапазоне отличались значительно меньше (Рис. 1). Т.е. значения буферной емкости, выявляемые при защелачивании различных разведений ИуРпС60, существенно отличаются друг от друга, тогда как таких различий между разными «потенциями» воды особенно в области ниже 10-17 не наблюдается. Интересно, однако, что значения рН могут заметно отличаться и у разных «потенций» воды, например 10-11 и 10-13.
9,6 9,55 9,5 9,45 рН 9,4 9,35 9,3 9,25 9,2
Рисунок 1. Значения рН в разведениях ИуРпСбО (кривая 1) и «потенциях» миллиО-воды (кривая 2) после их защелачивания №ОИ. После постепенного защелачивания разведений ИуРпСбО или «потенций» воды микропорциями 1 мМ №ОН среднее значение рН по всем разведениям как ИуРпСбО, так и воды составило 9,40. Видны, однако, значительные различия между рН в разных разведениях ИуРпСбО, но не в «потенциях» воды (Ст. отклонения от средних значений рН для ИуРпСбО и для «потенций» воды составляют 0,094 и 0,0260, соответственно).
При титровании разведений ИуРпСбО и «потенций» воды НС1 буферная емкость первых независимо от степени разведения была достоверно выше, чем вторых. В частности, средние значения рН разведений ИуРпСбО после внесения в них 15-ти 10-микролитровых порций ИС1 (объем тируемых проб - 10 мл) снизились до 3,45±0,1 ед. рН, а средние значения рН «потенций» воды в тех же условиях - до более кислого значения - до 3,15±0,05 ед. рН. При этом в ходе титрования отличия в значениях рН различных разведений ИуРпСбО, как и в случае титрования разведений ИуРпСбО и «потенций» воды №ОИ существенно превышали различия между рН соответствующих «потенций» воды особенно в диапазоне «потенций» ниже 10-23, подобно тому, как это показано на рис. 1. Однако при закислении такие различия между разведениями ИуРпСбО и потенциями воды были выражены слабее, чем при защелачивании. Необычные буферные свойства разведений ИуРпСбО особенно в области сверхвысоких разведений свидетельствуют о появлении в них неких образований, компенсирующих закисление и защелачивание этих водных систем.
В последнее время появляется все больше данных о микроскопической и даже мезоскопической гетерогенности водных систем, полученных путем сверхвысоких разведений различных веществ [4]. В связи с этим, мы исследовали характерна ли такая гетерогенность для разведений ИуРпСбО, зависит ли она от степени разведения и есть ли отличия по этому параметру между разведениями ИуРпСбО и «потенциями» воды. Для этого в тестируемые пробы вносили суспензии сульфатированных латексных микросфер (диам. 1 мкм), отбирали из них капли, которые помещали на чистые стекла и после высыхания капель анализировали в оставшихся пятнах распределение микросфер. В большинстве капель с разведениями ИуРпСбО микросферы имеют тенденцию сильно концентрироваться, в то время как в каплях «потенций» воды микросферы распределяются более равномерно, а области их повышенного скопления встречаются намного реже. Типичные примеры таких капель представлены на рисунке 2.
-7 -9 -11 -13 -15 -17 -19 -21 -23 -25 -27 -29 -31
^ [НуРпСбО], М: кривая 1 (-к-) или соответствующие "потенции" воды: кривая 2—Я—
Рисунок 2. Типичные примеры распределения микросфер в высохших на стеклах каплях. (А). Образование плотных сгустков микросфер в капле разведения ИуРпС60 10-19 М. (В) Отдельные микросферы и их рыхлые скопления в «потенции» воды 10-19.
В каплях из разведений HyFnC60, как правило, образовывались плотные сгустки микросфер, а в каплях из «потенций» воды присутствовали в основном их рыхлые скопления. С увеличением степени разведения, особенно после 10-19 относительное количество капель с плотными сгустками микросфер увеличивалось как в образцах с разведениям HyFnC60, так и в контрольных образцах с «потенциями» воды. Но и в диапазоне разведений HyFnC60 10-19 - 10-31 М процент капель с плотными сгустками достигал 60-80%, тогда как для соответствующих «потенций» воды он не превышал 1520%.
Таким образом, HyFnC60 является универсальным модификатором структурных и энергетических свойств водных систем в широком диапазоне концентраций, включая разведения, формально лежащие за пределами числа Авогадро. Интересно отметить, что и серийные разведения «воды водой» с интенсивным перемешиванием на каждой стадии отличаются друг от друга по кислотно-основным свойствам и структурным особенностям этих «потенций», однако эти различия выражены намного слабее, чем различия между разведениями HyFnC60 и между последними и соответствующими потенциями воды.
[1] G. Andrievsky, V. Klochkov, A. Bordyuh, Dovbeshko, Comparative analysis of two aqueous-colloidal solutions of C60 fullerene with help of FTIR and UVVis spectroscopy, Chemical Physics Letters, 364, 8-17 (2002).
[2] K. Novikov, N. Berdnikova, A. Novikov, et al., Changes in chemiluminescence of whole blood of COPD patients treated with Hypoxen® and effects of C60 fullerenes on blood chemiluminescence, Med. Sci. Monit., 18, 76-83, (2012).
[3] V. Voeikov, O. Yablonskaya, Stabilizing effects of hydrated fullerenes C60 in a wide range of concentrations on luciferase, alkaline phosphatase, and peroxidase in vitro, Electromagnetic Biol. Med., 34, 160-166, (2015).
[4] M-W. Ho, Large supramolecular water clusters caught on camera - a review. WATER Journal, 6, 1-12, (2014).
