Nosiva nanotehnologija mogla bi da se bori protiv nervnih agensa

Nanočestice bi jednog dana mogle obezbediti nov način da se pomogne vojnicima u borbi protiv smrtonosnih nervnih agensa na frontu.

U novoj studiji, naučnici sa Severozapadnog univerziteta u Ilinoisu razvili su jedinjenje na bazi nanočestica koje, pomešano u boje za odeću, može da ograniči uticaj hemikalija koje se obično nalaze u pesticidima, insekticidima i nervnim agensima.

Preporučujemo

Proizvođači bi potencijalno mogli da dodaju ove nanočestice u odeću koju koriste oni koji su najizloženiji riziku, kao što su maske i rukavice za poljoprivrednike ili uniforme i taktička oprema za vojnike. Ili, ako je neko izložen potencijalno smrtonosnoj hemikaliji, njihova odeća bi se mogla poprskati vodom pomešanom sa ovim jedinjenjem kako bi se ta hemikalija deaktivirala pre nego što nastupe njeni štetni efekti.

„Naši bioinspirisani melanini nisu toksični i mogu se koristiti kao dodatak u odeći, maskama za lice i šire. Prethodno smo pokazali mogućnost njihove upotrebe u bojenju sintetičkih tkanina“, kažu autori. „Možete zamisliti upotrebu ovog pristupa za izradu zaštitne odeće ili opreme za disanje za radnike koji proizvode ili koriste ove materijale u cilju redovne zaštite“.

Porozni pigment hvata štetne hemikalije

U novoj studiji, naučnici su pokušali da imitiraju način na koji se priroda suptrotstavlja supstancama poput organofosfornih jedinjenja, toksičnih hemikalija koje se nalaze u nervnim agensima i pesticidima. Istraživali su alomelanin, obnovljivi, biorazgradivi pigment koji daje tamniju boju biljkama i gljivama.

Da bi razvili nove nanočestice, počeli su sa sintetičkim alomelaninom. Prirodno porozan, alomelanin sadrži mrežu sićušnih pora koje mogu da uhvate štetne hemikalije. Zatim su dodali cirkonijumski klaster, metalni klaster koji može da katalizuje hemijske reakcije. Delujući zajedno, alomelanin je apsorbovao toksične hemikalije, a cirkonijum ih je uništio.

„Ova intrinsična mikroporoznost je neophodna“, kažu istraživači. „Kad smo testirali druge materijale slične melaninu, nisu funkcionisali tako dobro. Dakle, ova poroznost je zaista potrebna i to čini alomelanin mnogo specijalnijim i boljim supstratom“.

Voda aktivira hemijsku reakciju

Da bi hemijska reakcija funkcionisala, sredina mora biti izrazito bazna, sa pH vrednošću od 10 ili više. Umesto dodavanja spoljašnjeg baznog jedinjenja, istraživači su ugradili bazne hemijske grupe na površinu nanočestica. Voda zatim aktivira čestice, omogućavajući im da razgrade štetne hemikalije. Kad se organofosforno jedinjenje razgradi, oslobađa dve hemikalije – i tu se krije opasnost.

Dok jedna od hemikalija (dimetil-fosfat) nije toksična, druga (metil-nitrofenil) sprečava enzime u krvi da razgrađuju bitan neurotransmiter, acetilholin. Ako enzimi ne mogu da razgrade acetilholin, on se nagomilava u nervnom sistemu i sprečava mozak da komunicira sa ostatkom tela.

Toksični nusproizvod opada u roku od nekoliko minuta

Nova studija je pokazala da bi nanočestice mogle ograniti izloženost putem smanjenja količine i jačine toksičnih hemikalija. Alomelanin je zgrabio toksičnu hemikaliju i razgradio je, ostavljajući netoksičnu hemikaliju netaknutu. U roku od 10 minuta, nivo toksičnog nusproizvoda je opao 50% i nastavio da opada sa više melanina i izlaganja Sunčevoj svetlosti.

„Prethodno smo razvili katalitičke metalno-organske okvire (MOF), izuzetno moćne materijale u apsorpciji i procesuiranju bojnih otrova“, kažu istraživači. „Ovaj rad to unapređuje ka materijalima inspirisanim melaninom, koji su inherentno adhezivni i služe kao boje za različita vlakna i tkanine. U stvari, melanin je prirodni pigment, a takođe efikasno apsorbuje male molekule i jone teških metala u biološkim organizmima. Spajamo te prirodne funkcije sa katalizom pomoću kombinacije sintetičke neorganske hemije i biomimetičke polimerske nauke“.

Sunčeva svetlost ubrzava detoksikaciju

Istraživači su takođe otkrili da melanin ima dodatne prirodne prednosti. Melanin reaguje sa Sunčevom svetlošću i apsorbuje toplotu. Stoga, kad je alomelanin izložen Sunčevoj svetlosti, proces detoksikacije se ubrzava.

„Radimo na melaninu više od 12 godina, pokušavajući da razumemo njegove brojne funkcije u prirodi i kako da optimizujemo, razvijemo i konstruišemo mimetičke materijale za skalabilne, translacione primene“, kažu autori. „Ovo nam daje riznicu pristupa i materijal za ovakve primene. Na mnogo načina, ovo je dokaz koncepta za novi pravac razmišljanja o dizajnu zaštitnih materijala i slojeva“.

(Telegraf Nauka/Phys.org)