Programmierbarer kristalliner Schwammgewebe-Verbundwerkstoff zur Beseitigung biologischer und chemischer Gefahrenstoffe. Bildquelle: Northwestern University
Der hier entwickelte multifunktionale MOF-basierte Faserverbundwerkstoff kann als Schutzgewebe gegen biologische und chemische Bedrohungen eingesetzt werden.
Multifunktionale und erneuerbare, auf N-Chlor basierende insektizide und entgiftende Textilien verwenden ein starkes metallorganisches Gerüst (MOF) aus Zirkonium.
Das Faserverbundmaterial zeigt eine schnelle biozide Wirkung sowohl gegen gramnegative Bakterien (E. coli) als auch gegen grampositive Bakterien (Staphylococcus aureus), wobei die Anzahl beider Stämme innerhalb von 5 Minuten um bis zu 7 Zehnerpotenzen reduziert werden kann.
Mit aktivem Chlor beladene MOF/Faser-Verbundwerkstoffe können Schwefel-Lost und sein chemisches Analogon 2-Chlorethyl-Ethylsulfid (CEES) selektiv und schnell mit einer Halbwertszeit von weniger als 3 Minuten abbauen.
Ein Forschungsteam der Northwestern University hat ein multifunktionales Verbundgewebe entwickelt, das biologische Bedrohungen (wie das neue Coronavirus, das COVID-19 verursacht) und chemische Bedrohungen (wie sie in der chemischen Kriegsführung eingesetzt werden) eliminieren kann.
Ist der Stoff beschädigt, kann das Material durch eine einfache Bleichbehandlung wieder in seinen ursprünglichen Zustand versetzt werden.
„Ein dualfunktionales Material zu haben, das gleichzeitig chemische und biologische Toxine inaktivieren kann, ist von entscheidender Bedeutung, da die Komplexität der Integration mehrerer Materialien zur Erledigung dieser Aufgabe sehr hoch ist“, sagte Omar Farha von der Northwestern University, ein Experte für metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs). „Dies ist die Grundlage der Technologie.“
Farha ist Professor für Chemie an der Weinberg School of Arts and Sciences und einer der korrespondierenden Autoren der Studie. Er ist Mitglied des International Institute of Nanotechnology an der Northwestern University.
MOF/Faser-Verbundwerkstoffe basieren auf früheren Forschungen, in denen Farhas Team ein Nanomaterial entwickelte, das toxische Nervenkampfstoffe inaktivieren kann. Durch einige wenige Verfahrensschritte können Forscher dem Material auch antivirale und antibakterielle Wirkstoffe hinzufügen.
Faha bezeichnete MOF als einen „Präzisions-Badeschwamm“. Nanomaterialien sind mit vielen Poren versehen, die Gase, Dämpfe und andere Substanzen ähnlich wie ein Schwamm Wasser aufnehmen können. In dem neuen Verbundgewebe enthält der Hohlraum des MOF einen Katalysator, der giftige Chemikalien, Viren und Bakterien inaktivieren kann. Poröse Nanomaterialien lassen sich leicht auf Textilfasern aufbringen.
Forscher stellten fest, dass MOF/Faser-Komposite eine schnelle Aktivität gegen SARS-CoV-2 sowie gegen gramnegative (E. coli) und grampositive Bakterien (Staphylococcus aureus) zeigten. Darüber hinaus können mit aktivem Chlor beladene MOF/Faser-Komposite Senfgas und seine chemischen Analoga (2-Chlorethylethylsulfid, CEES) rasch abbauen. Die Nanoporen des auf das Textil aufgebrachten MOF-Materials sind so groß, dass Schweiß und Wasser entweichen können.
Farha fügte hinzu, dass dieses Verbundmaterial skalierbar sei, da es lediglich die in der Industrie üblichen Standard-Textilverarbeitungsanlagen benötige. In Kombination mit einer Maske solle das Material zwei Funktionen erfüllen: den Maskenträger vor Viren in seiner Umgebung schützen und gleichzeitig Personen schützen, die mit der infizierten, maskentragenden Person in Kontakt kommen.
Forscher können so auch die aktiven Zentren von Materialien auf atomarer Ebene verstehen. Dies ermöglicht es ihnen und anderen, Struktur-Eigenschafts-Beziehungen abzuleiten, um weitere MOF-basierte Verbundwerkstoffe zu entwickeln.
Immobilisierung von erneuerbarem, aktivem Chlor in Zirkonium-basierten MOF-Textilverbundwerkstoffen zur Eliminierung biologischer und chemischer Gefahren. Journal of the American Chemical Society, 30. September 2021.
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Veröffentlichungsdatum: 23. Oktober 2021