Προγραμματιζόμενο κρυσταλλικό σύνθετο υλικό από σφουγγάρι που χρησιμοποιείται για την εξάλειψη βιολογικών και χημικών απειλών. Πηγή εικόνας: Πανεπιστήμιο Northwestern
Το πολυλειτουργικό σύνθετο υλικό ινών με βάση το MOF που σχεδιάστηκε εδώ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως προστατευτικό ύφασμα έναντι βιολογικών και χημικών απειλών.
Πολυλειτουργικά και ανανεώσιμα εντομοκτόνα και αποτοξινωτικά υφάσματα με βάση το Ν-χλωρο χρησιμοποιούν ένα ισχυρό οργανικό πλαίσιο (MOF) από μέταλλο ζιρκονίου.
Το σύνθετο υλικό από ίνες παρουσιάζει ταχεία βιοκτόνο δράση έναντι τόσο των Gram-αρνητικών βακτηρίων (E. coli) όσο και των Gram-θετικών βακτηρίων (Staphylococcus aureus), και κάθε στέλεχος μπορεί να μειωθεί έως και 7 λογάριθμοι εντός 5 λεπτών.
Τα σύνθετα MOF/ινών φορτωμένα με ενεργό χλώριο μπορούν να αποικοδομήσουν επιλεκτικά και γρήγορα τη θειούχο μουστάρδα και το χημικό της ανάλογο 2-χλωροαιθυλαιθυλοσουλφίδιο (CEES) με χρόνο ημιζωής μικρότερο από 3 λεπτά.
Μια ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο Northwestern ανέπτυξε ένα πολυλειτουργικό σύνθετο ύφασμα που μπορεί να εξαλείψει τις βιολογικές απειλές (όπως τον νέο κορωνοϊό που προκαλεί την COVID-19) και τις χημικές απειλές (όπως αυτές που χρησιμοποιούνται στον χημικό πόλεμο).
Αφού το ύφασμα απειληθεί, μπορεί να αποκατασταθεί στην αρχική του κατάσταση μέσω μιας απλής λεύκανσης.
«Η ύπαρξη ενός υλικού διπλής λειτουργίας που μπορεί ταυτόχρονα να απενεργοποιεί χημικές και βιολογικές τοξικές ουσίες είναι κρίσιμη, επειδή η πολυπλοκότητα της ενσωμάτωσης πολλαπλών υλικών για την ολοκλήρωση αυτού του έργου είναι πολύ υψηλή», δήλωσε ο Omar Farha του Πανεπιστημίου Northwestern, ο οποίος είναι ειδικός σε μεταλλο-οργανικά πλαίσια ή MOF, «αυτό είναι το θεμέλιο της τεχνολογίας».
Ο Farha είναι καθηγητής χημείας στη Σχολή Τεχνών και Επιστημών Weinberg και συν-αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης. Είναι μέλος του Διεθνούς Ινστιτούτου Νανοτεχνολογίας στο Πανεπιστήμιο Northwestern.
Τα σύνθετα υλικά MOF/ινών βασίζονται σε προηγούμενη έρευνα στην οποία η ομάδα του Farha δημιούργησε ένα νανοϋλικό που μπορεί να απενεργοποιήσει τοξικούς νευροτοξικούς παράγοντες. Μέσω ορισμένων μικρών επεμβάσεων, οι ερευνητές μπορούν επίσης να προσθέσουν αντιιικούς και αντιβακτηριακούς παράγοντες στο υλικό.
Ο Faha είπε ότι το MOF είναι ένα «σφουγγάρι μπάνιου ακριβείας». Τα νανοϋλικά έχουν σχεδιαστεί με πολλές οπές, οι οποίες μπορούν να παγιδεύσουν αέριο, ατμούς και άλλες ουσίες όπως ένα σφουγγάρι παγιδεύει νερό. Στο νέο σύνθετο ύφασμα, η κοιλότητα του MOF έχει έναν καταλύτη που μπορεί να απενεργοποιήσει τοξικές χημικές ουσίες, ιούς και βακτήρια. Τα πορώδη νανοϋλικά μπορούν εύκολα να επικαλυφθούν με υφαντικές ίνες.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα σύνθετα υλικά MOF/ινών έδειξαν ταχεία δράση έναντι του SARS-CoV-2, καθώς και έναντι των Gram-αρνητικών βακτηρίων (E. coli) και Gram-θετικών βακτηρίων (Staphylococcus aureus). Επιπλέον, τα σύνθετα υλικά MOF/ινών που είναι φορτωμένα με ενεργό χλώριο μπορούν να αποικοδομήσουν γρήγορα το αέριο μουστάρδας και τα χημικά του ανάλογά (2-χλωροαιθυλαιθυλοσουλφίδιο, CEES). Οι νανοπόροι του υλικού MOF που είναι επικαλυμμένο στο ύφασμα είναι αρκετά φαρδιοί ώστε να επιτρέπουν τη διαφυγή του ιδρώτα και του νερού.
Ο Farha πρόσθεσε ότι αυτό το σύνθετο υλικό είναι επεκτάσιμο επειδή απαιτεί μόνο τον βασικό εξοπλισμό επεξεργασίας υφασμάτων που χρησιμοποιείται σήμερα στη βιομηχανία. Όταν χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με μια μάσκα, το υλικό θα πρέπει να είναι σε θέση να αποδίδει ταυτόχρονα: να προστατεύει τον χρήστη της μάσκας από ιούς που βρίσκονται κοντά του και να προστατεύει τα άτομα που έρχονται σε επαφή με το μολυσμένο άτομο που φοράει τη μάσκα.
Οι ερευνητές μπορούν επίσης να κατανοήσουν τις ενεργές θέσεις των υλικών σε ατομικό επίπεδο. Αυτό τους επιτρέπει, όπως και άλλους, να εξάγουν σχέσεις δομής-απόδοσης για τη δημιουργία άλλων σύνθετων υλικών με βάση τα MOF.
Ακινητοποίηση ανανεώσιμου ενεργού χλωρίου σε σύνθετα υφάσματα MOF με βάση το ζιρκόνιο για την εξάλειψη βιολογικών και χημικών απειλών. Journal of the American Chemical Society, 30 Σεπτεμβρίου 2021.
Τύπος Οργανισμού Τύπος Οργανισμού Ιδιωτικός Τομέας/Βιομηχανία Ακαδημαϊκός Ομοσπονδιακή Κυβέρνηση Πολιτειακή/Τοπική Αυτοδιοίκηση Στρατιωτικός Μη κερδοσκοπικός Οργανισμός ΜΜΕ/Δημόσιες Σχέσεις Άλλο
Ώρα δημοσίευσης: 23 Οκτωβρίου 2021