Учёные из Северо-Западного университета в Эванстоне (штат Иллинойс) разрабатывают вещество, которое однажды сможет защищать людей от смертельно опасных химикатов — не просто задерживая их, а разрушая на молекулярном уровне.
Обычные костюмы химзащиты лишь задерживают опасные вещества, а экспериментальное покрытие способно обезвреживать их, расщепляя химически. Источник изображения — newatlas.com
Работа началась более десяти лет назад с одной большой цели — найти способ защитить солдат от химического оружия, прежде всего от нервно-паралитических веществ. Они особенно опасны из-за скорости действия: такие агенты поражают нервную систему, по сути отключая мозг от остального тела. При сильном воздействии за считаные минуты наступают судороги, паралич и смерть.
Но лучшая защита нужна не только военным. Со опасными химикатами сталкиваются и множество мирных профессий: фермеры работают с потенциально токсичными пестицидами, а сотрудники химических производств имеют дело с опасными соединениями каждый день.
Существующая защитная одежда выступает лишь физическим барьером между кожей и вредными веществами. Исследователи же создают соединение, которое идёт дальше — расщепляет и дезактивирует нервно-паралитические агенты. Речь не о новом типе ткани, а о химическом составе, который можно нанести на любую ткань. Это своего рода покрытие, которое закрепляется на волокнах почти как краситель, но вместо цвета меняет химические свойства материала.
Ещё в 2015 году команда из Северо-Западного университета обнаружила, что материалы, содержащие цирконий, помогают разрушать токсичные химические агенты. Новизна нынешней работы — в сочетании циркония и алломеланина, похожего на меланин пигмента, который встречается у грибов. Он не только даёт окраску, но и поглощает небольшие молекулы и ионы тяжёлых металлов. Пористая структура алломеланина, словно микроскопическая губка, улавливает крошечные вредные молекулы, а цирконий их уничтожает. Вдобавок катализатором реакции служит обычная вода.
И вот здесь всё усложняется. Расщепление токсичного вещества не означает, что оно исчезает бесследно: химические реакции дают побочные продукты, и некоторые из них могут быть не менее опасны, чем исходное соединение. Так случилось и тут. Реакция алломеланина с цирконием порождала два побочных продукта — безвредный диметилфосфат и крайне токсичный метилнитрофенол.
И снова в игру вступает алломеланин. Помимо захвата исходного химического агента, он связывает и метилнитрофенол, снижая его концентрацию до уровня, на котором тот уже не опасен.
В лабораторных экспериментах концентрация токсичного метилнитрофенола снизилась на 50% всего за 10 минут — весьма обнадёживающий результат. Увеличение доли меланина и воздействие солнечного света уменьшали токсичность ещё сильнее, хотя точных цифр исследователи не привели.
«Мы работаем с меланином уже более 12 лет, изучая его многочисленные функции в природе и учась оптимизировать, разрабатывать и конструировать имитирующие его материалы для масштабируемых прикладных задач, — отмечает профессор Натан Джаннески, соавтор исследования. — Это даёт нам целую сокровищницу подходов и материалов. Во многом перед нами доказательство концепции нового направления в том, как мы проектируем защитные материалы и покрытия».
От успешных лабораторных испытаний до массового производства материала, способного надёжно защищать людей на передовой, ещё далеко. Нужны дополнительные исследования, чтобы понять, как технология поведёт себя в реальных условиях, — но это уже огромный шаг к созданию состава, который однажды может спасти бесчисленное множество жизней.
Исследование недавно опубликовано в журнале ACS Nano. Источник: Северо-Западный университет.
