Еще со времени открытия фуллеренов была предсказана их высокая биологическая активность. Однако общепринятое мнение о высокой гидрофобности фуллеренов направило усилия многих ученых на создание их водорастворимых производных или солюбилизированных форм. Любые изменения во внешней углеродной оболочке приводят к нарушению электронной структуры и симметрии молекулы фуллерена, что, в свою очередь меняет специфичность её взаимодействие со средой. Поэтому биологический эффект искусственно трансформированных молекул фуллерена во многом зависит от природы "пришитых" радикалов. Наиболее яркую индивидуальность молекулы фуллеренов проявляют в немодифицированном и не в агрегированном состоянии, например, в виде их молекулярных растворов в воде.

Нам удалось разработать технологию получения молекулярно-коллоидных растворов фуллеренов, в которых основной структурной единицей является молекула фуллерена, окруженная симметричной сеткой воды - C₆₀@nH₂O. При этом мы исходили из обнаруженных фактов, которые для многих исследователей казались нонсенсом, а именно:

• - фуллерен C₆₀ не является ни абсолютно гидрофобной, ни абсолютно гидрофильной молекулой;
• - фуллерен C₆₀ способен активно взаимодействовать с водой;
• - фуллерен C₆₀ можно встроить в структуру воды, не нарушив её естественные кластерные структуры.

Полученные водные растворы фуллеренов являются устойчивыми во времени (более двух лет), обладают неизменными физико-химическими свойствами и постоянным составом. В этих растворах отсутствуют какие либо токсичные примеси. Причем фуллерен, встроен в естественную многослойную структуру воды, где первый слой воды прочно связан с поверхностью фуллерена за счет донорно-акцепторных взаимодействий между кислородом воды и электрон-акцепторными центрами на поверхности фуллерена.

Известно, что вода представляет собой систему свободных и упорядоченных молекул. Часть воды, находящаяся в упорядоченном состоянии, состоит из так называемых мерцающих полиэдрических кластеров по форме сходных со структурой усеченного икосаэдра (подобной фуллерену C₆₀). Время жизни таких кластеров весьма мало и, по разным оценкам, составляет 10^-7 – 10^-9 с. Их концентрация и время жизни во многом зависит от состояния воды, температуры, содержания примесей, наличия магнитных полей и т.д. Очевидно, что биологическая активность чистой воды напрямую зависит от содержания в ней упорядоченных структур.

Группой М. Чаплина (School of Applied Science South Bank University London SE1 0AA) было проведено молекулярное моделирование упорядоченных кластеров воды и икосаэдрического водного кластера со встроенной в него молекулой C₆₀. Как показали расчеты, молекула фуллерена очень гармонично вписывается в естественную структуру водного кластера и совершенно не противоречит ей структурно. Более того, теперь такой кластер перестал быть мерцающим. Время его жизни не ограничено! Структура C₆₀@nH₂O является очень устойчивой, и даже при нагревании в замкнутом объеме до температуры кипения воды, она не разрушается. Таким образом, молекулярный раствор C₆₀ в воде представляет собой систему упорядоченных кластеров воды, где C₆₀ выступает в роли стабилизатора естественных, “нативных” сферических водных кластеров.

Нами было установлено, что вода вблизи поверхности фуллерена плавится при температуре –2,8^оС. Это средняя температура плавления связанной воды вблизи биологических объектов – ДНК, белков и ферментов, клеточных мембран и т.п. Очевидно, что структуры воды вблизи поверхности фуллерена подобны структурам воды, окружающих важнейшие биологические структуры живого организма.

Комплекс такой крупной молекулы с водой обладает и значительной буферной емкостью. Вблизи ее поверхности сохраняется значение рН = 7,2–7,6. Такое же значение рН имеется вблизи поверхности мембран большинства здоровых клеток нашего организма. Многие процессы “болезни” клетки сопровождаются изменением значения рН вблизи поверхности её мембраны. При этом больная клетка не только сама себе создает некомфортные условия, но и отрицательно влияет на соседние клетки. Гидратированный фуллерен, находясь вблизи поверхности клетки, способен сохранять её «здоровое» значение рН. Тем самым, создаются благоприятные условия для того, чтобы клетка могла нормально функционировать и сама справлялась со своими недугами.