生物学的および化学的脅威を排除するために使用される、プログラム可能な結晶性スポンジ繊維複合材料。画像提供：ノースウェスタン大学
ここで設計された多機能MOFベースの繊維複合材料は、生物学的および化学的脅威に対する防護布として使用できる可能性がある。
多機能で再生可能なN-クロロ系殺虫・解毒繊維は、強力なジルコニウム金属有機構造体（MOF）を使用している。
この繊維複合材料は、グラム陰性菌（大腸菌）とグラム陽性菌（黄色ブドウ球菌）の両方に対して迅速な殺菌活性を示し、各菌株を5分以内に最大7桁減少させることができる。
活性塩素を担持したMOF/繊維複合体は、硫黄マスタードとその化学的類似体である2-クロロエチルエチルスルフィド（CEES）を選択的にかつ迅速に分解することができ、半減期は3分未満である。
ノースウェスタン大学の研究チームは、生物学的脅威（COVID-19を引き起こす新型コロナウイルスなど）と化学的脅威（化学兵器に使用されるものなど）の両方を排除できる多機能複合繊維を開発した。
生地が傷んでしまった場合でも、簡単な漂白処理によって元の状態に戻すことができます。
「化学的および生物学的毒性物質を同時に不活性化できる二重機能材料を持つことは非常に重要です。なぜなら、この作業を完了するために複数の材料を統合する複雑さが非常に高いからです」と、金属有機構造体（MOF）の専門家であるノースウェスタン大学のオマール・ファーハ氏は述べ、これが技術の基盤であると付け加えた。
ファーハ氏は、ワインバーグ人文科学部の化学教授であり、本研究の共同責任著者である。また、ノースウェスタン大学の国際ナノテクノロジー研究所のメンバーでもある。
MOF/繊維複合材料は、ファーハ氏のチームが以前に開発した、毒性の神経剤を不活性化できるナノ材料に関する研究に基づいている。研究者たちは、いくつかの簡単な操作によって、この材料に抗ウイルス剤や抗菌剤を添加することもできる。
ファハ氏は、MOFは「精密なバススポンジ」のようなものだと述べた。ナノサイズの材料は多数の穴が開いており、スポンジが水を吸収するように、ガスや蒸気などの物質を捕捉できる。新しい複合繊維では、MOFの空洞に触媒が含まれており、有毒化学物質、ウイルス、細菌を不活性化できる。多孔質のナノ材料は、繊維に容易にコーティングできる。
研究者らは、MOF/繊維複合材料がSARS-CoV-2だけでなく、グラム陰性菌（大腸菌）やグラム陽性菌（黄色ブドウ球菌）に対しても迅速な活性を示すことを発見した。さらに、活性塩素を担持したMOF/繊維複合材料は、マスタードガスとその化学類似体（2-クロロエチルエチルスルフィド、CEES）を迅速に分解することができる。繊維にコーティングされたMOF材料のナノ細孔は、汗や水分が排出されるのに十分な大きさである。
ファルハ氏は、この複合材料は現在業界で使用されている基本的な繊維加工設備のみを必要とするため、量産化が容易であると付け加えた。マスクと併用した場合、この材料は、マスク着用者を周囲のウイルスから保護すると同時に、マスクを着用している感染者と接触する人々を保護するという二つの機能を同時に果たすことができるはずだ。
研究者たちは、原子レベルで材料の活性部位を理解することもできる。これにより、研究者自身や他の研究者は、構造と性能の関係を導き出し、他のMOFベースの複合材料を開発することが可能になる。
再生可能な活性塩素をジルコニウム系MOF繊維複合材料に固定化することで、生物学的および化学的脅威を排除する。米国化学会誌、2021年9月30日。
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投稿日時：2021年10月23日