Наночастицы на основе меланина предложили использовать в защитной одежде
Учёные Северо-Западного университета (Northwestern University) разработали пористые наночастицы на основе меланина и циркония. В лабораторных опытах они помогали разлагать фосфорорганические соединения. Такие вещества встречаются среди пестицидов и нервно-паралитических агентов. Авторы рассматривают возможность добавить материал в защитные ткани, но его способность защищать человека пока не подтверждена. Исследование вышло в ACS Nano 25 августа; университет сообщил о нём 28 сентября.
Существующие защитные меры против химического оружия — активированный уголь, фильтрующие системы, металлорганические каркасы (MOF) — эффективны, но часто громоздки, тяжелы и со временем теряют эффективность по мере насыщения. Меланин предложил неожиданное решение.
Что такое меланиновые наночастицы и как они работают
Меланин — семейство природных пигментов. Исследователи использовали синтетический алломеланин с пористой структурой: она помогает удерживать молекулы вредного вещества. К частицам добавили кластеры циркония, способные ускорять химические реакции.
При сравнении с другими меланиноподобными материалами пористая структура оказалась важной для работы частиц, сообщили исследователи.
Механизм нейтрализации органофосфорных соединений многоступенчатый:
- для протекания химической реакции распада агента необходима щелочная среда (pH 10 и выше);
- вместо добавления внешнего основания исследователи ввели основные химические группы прямо на поверхность наночастиц;
- вода активирует частицы, запуская разрушение исследованного соединения;
- солнечный свет дополнительно ускоряет реакцию, но не является единственным условием её запуска.
Что показали лабораторные испытания
В экспериментах содержание токсичного побочного продукта уменьшилось примерно наполовину за десять минут. При увеличении количества материала и воздействии солнечного света снижение продолжалось. Это результат химического опыта, а не испытания готовой одежды на людях.
«Ранее наша группа разработала каталитические металлоорганические каркасы (MOF), которые являются исключительно мощными материалами в поглощении и переработке химических боевых агентов», — пояснил профессор Фарха. «Эта работа берёт те знания и продвигает их в сторону меланин-вдохновлённых материалов, которые по своей природе являются адгезивными, действуя как красители для различных волокон и тканей».
Главное преимущество: красится как обычный краситель
Потенциальное преимущество материала в том, что меланиноподобные частицы могут закрепляться на волокнах и работать как добавка к красителю. Однако технология массового нанесения и долговечность защитного эффекта ещё требуют проверки.
«Наши биоинспирированные меланины нетоксичны и могут использоваться как добавка в одежде или масках для лица и не только. Ранее мы уже показали возможность их применения при окрашивании синтетических тканей», — сказал профессор Джаннески.
Практические применения, которые рассматривают авторы: защитная одежда и дыхательное оборудование для военных, специалистов по химической безопасности, работников агрохимических производств и лабораторий.
Читайте также: Сенсоры STARDUST помогут отслеживать пестициды в воде.
Исследование финансировалось Военно-воздушным управлением научных исследований (AFOSR) и Армейским центром синтетической биологии, что отражает прямой интерес военных применений.
