Zusammenfassung:
Ein Forschungsteam der Northwestern University hat ein neues, von natürlichem Melanin inspiriertes Nanomaterial entwickelt, das Menschen, die über einen längeren Zeitraum schädlichen Organophosphor-Chemikalien ausgesetzt sind, zusätzlichen Schutz bieten soll. Es wird erwartet, dass diese Technologie in Zukunft in Kampfausrüstung für Soldaten, landwirtschaftlicher Schutzausrüstung und Arbeitsschutzausrüstung eingesetzt wird, um dazu beizutragen, die Gesundheitsrisiken durch Nervenkampfstoffe und einige Pestizide zu verringern.
Das von den Forschern entwickelte Material heißt „Allomelanin“ und sein Design ist vom Melanin in der Natur inspiriert. Melanin verleiht Organismen nicht nur ihre Farbe, sondern hat auch die Fähigkeit, eine Vielzahl von Chemikalien zu adsorbieren und zu verarbeiten. Das Forschungsteam hofft, diese natürliche Eigenschaft nutzen zu können, um Schutzmaterialien herzustellen, die gefährliche Chemikalien aktiv einfangen und abbauen können.
Diese in der Zeitschrift ACS Nano veröffentlichte Studie konzentriert sich auf Organophosphorverbindungen. Organophosphorverbindungen werden häufig bei der Herstellung von Pestiziden, Insektiziden und Nervengiften verwendet. Unter anderem können Nervenkampfstoffe die normale Signalübertragung im menschlichen Nervensystem stören. In schweren Fällen können sie zum Verlust der Kontrolle über die Atemwege und die Herzfunktion führen und sogar lebensbedrohlich sein.
Das Forschungsteam führte Zirkoniumcluster ein, die auf der porösen Struktur von Isomelanin basieren und ihm die doppelte Funktion von Adsorption und Katalyse ermöglichen. Das im Material enthaltene Isomelanin ist für das Einfangen schädlicher chemischer Moleküle verantwortlich, während das Zirkoniumelement für die Förderung der Zersetzungsreaktion verantwortlich ist, wodurch die Toxizität verringert und die Deaktivierung schädlicher Substanzen beschleunigt wird.
Um den praktischen Einsatzwert zu verbessern, haben die Forscher das Material weiter modifiziert, sodass es nach Kontakt mit Feuchtigkeit automatisch eine Umgebung bilden kann, die für chemische Abbaureaktionen geeignet ist. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass nach der Exposition gegenüber Nervengiftsimulanzien die Menge toxischer Nebenprodukte in nur 10 Minuten um etwa 50 % reduziert werden kann. Untersuchungen zeigen, dass Lichtverhältnisse die schädigende Wirkung noch verstärken können.
Im Gegensatz zu vielen Schutzmaterialien ist diese neue Art von Melaninmaterial erneuerbar und biologisch abbaubar und weist gleichzeitig eine geringe Toxizität auf. Die Forscher sagten, dass das Material als Pigment oder Zusatzstoff in Fasern und Stoffe eingebettet werden kann, sodass erwartet wird, dass es direkt auf Schutzkleidung, taktische Ausrüstung, Gasmasken, Handschuhe und andere Produkte angewendet wird.
Das Forschungsteam geht davon aus, dass in Zukunft Schutzhandschuhe und -masken für Landwirte sowie Kampfuniformen und persönliche Schutzausrüstung für das Militär mit diesem Nanomaterial ausgestattet werden können. Im Falle einer chemischen Kontamination kann die kontaminierte Kleidung auch schnell behandelt werden, indem eine wässrige Lösung mit relevanten Verbindungen aufgesprüht wird, um die Gefahr durch Schadstoffe zu verringern.
Forscher wiesen darauf hin, dass sich die Technologie noch in der Laborverifizierungsphase befindet und von einer großtechnischen kommerziellen Anwendung noch weit entfernt ist. Zukünftig ist es notwendig, die Stabilität und Kostenleistung von Materialien bei Langzeitgebrauch, wiederholter Reinigung, komplexer Umwelteinwirkung und Herstellungsbedingungen im großen Maßstab weiter zu bewerten. Diese Forschung zeigt jedoch eine neue Möglichkeit auf, die bionische Nanotechnologie für den proaktiven Umgang mit gefährlichen Chemikalien einzusetzen, und gibt auch eine neue Richtung für die Entwicklung der nächsten Generation persönlicher Schutzausrüstung vor.
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