作为中国科学院化学所研究员,王春儒同时还是中科院分子纳米结构与纳米技术重点实验室的副主任。他和他的团队一直致力于富勒烯的应用基础研究,并力图在成果转化方面做一些工作。现在许多爱美人士使用的化妆品中,就有富勒烯的功劳。王春儒拿起手边的一个化妆水包装盒说,这个产品就是使用了富勒烯作为原料之一,因为它的作用非常明确,就是能起到延缓衰老的作用。
要知道,自由基是引起细胞凋亡的罪魁祸首,而富勒烯能够高效淬灭自由基,因此减缓细胞凋亡速度,达到抗衰老的作用。相比通常所宣称具有抗衰老作用的维生素而言,富勒烯淬灭自由基的效率提高了上百倍。富勒烯是碳的同素异形体,它是由五元环和六元环构成的一系列封闭笼状结构,统称为富勒烯。
由于富勒烯完美的对称结构、在纳米尺度范围内特殊的稳定性,以及奇异的电子结构,使其成为在许多高新技术领域应用潜力巨大、不可替代的材料,被业界称为“纳米王子”。其生物安全性又如何呢?王春儒谈到,去年法国的一个科研小组将富勒烯混合在橄榄油中喂食小鼠,小鼠服用7个月后。试验结果出乎大家的意料,小鼠不但没有出现中毒等不良反应,平均寿命还从2年延长到了5年。
最近,瑞士一家公司据此生产的富勒烯/橄榄油保健品已经在市面上出现,据说能够起到延年益寿的效果。2002年刚回国时,由于国内制备金属富勒烯的技术和设备相对缺乏,我们一边自己生产原料,一边作科学研究。为了解决金属富勒烯原料问题,王春儒设计了一套自动化程度非常高的金属富勒烯生产实验室设备,这套设备的生产量级为每天5毫克,对于做科研来说,已经是足够了。
当然,为了推动金属富勒烯的应用,我们不满足于毫克量级的金属富勒烯材料。2008年,在中科院仪器研制基金的资助下,王春儒设计制作了利用石墨和金属粉连续进料,并与两个电极同时放电的第二代金属富勒烯制备装置,将金属富勒烯产量增加了5倍。但是,与应用研究所需求的量相比,这还远远不够。2011年,王春儒团队和厦门福纳新材料科技有限公司合作,探索采用磁控电弧法新技术制备金属富勒烯。
在厦门市“双百计划”的资助下,他们把这种金属富勒烯制备方法进行产业化,把金属富勒烯的产量又一次大幅度提高了10多倍,现在,利用单台设备已经达到生产金属富勒烯每天0.5克的水平。金属富勒烯目前的市场价格为每克至少1万美元,由于制备成本高昂,这种稀罕物现在更适合一些不可替代的应用。比如治疗癌症的特效药物,或者被广泛应用于航空、航天、航海等领域的陀螺定位仪等。
在室温下,含金属钆的分子会在富勒烯分子碳笼内飞速旋转,在富勒烯的保护下,其转动是几乎没有摩擦的,且非常稳定。这样一来,科研人员就可以用激光对其旋转方向进行调整,这就相当于陀螺旋转,如果很好地加以控制,就可以用来做陀螺定位仪。王春儒说:“现在国内陀螺定位仪的技术水平和美国相差8年左右,如此大的差距,必须用新的材料、新的机理来弥补和超越,金属富勒烯就是我们的希望之一。
”去年,王春儒团队和北京航空航天大学合作,在国家自然科学基金项目支持下展开基于金属富勒烯的陀螺定位仪研究工作。“在金属钆富勒烯的启动和定向方面,我们已找到办法,还需进一步检测,希望再过五年时间,我们能够制备出新机理的分子陀螺定位仪原型机,这将是该领域的革命性进展,比美国目前的陀螺定位仪技术水平还要先进。”在金属富勒烯生产中,Gd@C82产量是最多的。
因为其用途广泛,造影剂、陀螺仪、抗癌药物等等都能用到。“我们最近还准备寻找合适的公司一起开发基于金属富勒烯的新一代造影剂的工作。可以预见的是,诸多异乎寻常的性能,使得金属富勒烯将对化学、物理、材料、医药、微电子等领域产生深远影响,在应用方面还将有更多的诱人前景。”