الملخص:
يعمل الباحثون في جامعة نورث وسترن في الولايات المتحدة على تطوير طبقة قماشية جديدة من المتوقع أن تسمح للملابس الواقية ليس فقط بمنع المواد الكيميائية الخطرة، ولكن أيضًا بتفكيك بعض المواد شديدة السمية وتقليل سميتها. نشأ هذا البحث في الأصل من الحاجة إلى الحماية من الأسلحة الكيميائية في المجال العسكري. وفي المستقبل، قد توفر أيضًا حلول حماية جديدة لصناعات مثل الزراعة والتصنيع الكيميائي التي غالبًا ما تتعرض للمواد الكيميائية الضارة.
تعد عوامل الأعصاب خطيرة بشكل خاص لأنها يمكن أن تتداخل بسرعة مع الأداء الطبيعي للجهاز العصبي البشري وتمنع الإشارات بين الدماغ والجسم. يمكن أن يؤدي التعرض الشديد إلى نوبات الصرع والشلل وحتى الموت في غضون دقائق. تعتمد الملابس الواقية الشائعة حاليًا بشكل أساسي على الحواجز المادية لعزل المواد الضارة. على الرغم من أنه يمكن أن يمنع المواد الكيميائية من ملامسة الجلد، إلا أنه عادة لا يدمر هذه السموم بشكل فعال.
الحل الذي يقترحه فريق البحث ليس إعادة إنشاء نسيج خاص، بل تطوير مادة كيميائية وظيفية يمكن طلاءها على سطح الأقمشة المختلفة. إنها تشبه عملية معالجة الصبغة التي يتم ربطها بالألياف، ولكن بدلاً من مجرد تغيير لون القماش، فإنها تمنح المادة القدرة على التعامل بفعالية مع المواد الكيميائية السامة.
يعتمد هذا البحث على أكثر من عقد من الاستكشافات السابقة التي أجراها الفريق. في عام 2015، اكتشف باحثون من جامعة نورث وسترن أن المواد التي تحتوي على الزركونيوم يمكن أن تساعد في تحليل المواد الكيميائية السامة. قامت هذه الدراسة أيضًا بدمج الزركونيوم مع مادة تشبه الميلانين تسمى ألوميلانين. يرتبط هذا الصباغ بالأصباغ الطبيعية الموجودة في الفطريات، بالإضافة إلى توفير اللون، لديه القدرة على امتصاص الجزيئات الصغيرة وأيونات المعادن الثقيلة.
استفاد الباحثون من خصائص كل من المكونين: يمتلك الميلانويدين بنية مسامية تحبس الجزيئات الضارة مثل الإسفنج المجهري، في حين أن الزركونيوم مسؤول عن قيادة التفاعلات الكيميائية التي تدمر المواد السامة المحتبسة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يعمل الماء كعامل محفز أثناء التفاعل، مما يساعد على تنشيط عملية التحلل.
ومع ذلك، سرعان ما اكتشف الباحثون أن تحلل السم الأصلي لا يعني زوال الخطر. يمكن أن تنتج التفاعلات الكيميائية منتجات ثانوية جديدة تكون في بعض الأحيان أكثر خطورة من المادة الأصلية. في التجربة، عمل الزركونيوم والميلانويدين معًا لإنتاج منتجين ثانويين: أحدهما عبارة عن ثنائي ميثيل فوسفات غير سام، والآخر عبارة عن ميثيل نيتروفينول شديد السمية.
لحل هذه المشكلة، استفاد فريق البحث مرة أخرى من قدرة الميلانويدين على الامتصاص. بالإضافة إلى التقاط المواد الكيميائية السامة الأصلية، فإن هذه المادة قادرة أيضًا على ربط المنتجات الثانوية الضارة المذكورة أعلاه، وبالتالي تقليل تركيزها وأضرارها المحتملة.
أظهرت النتائج التجريبية أنه خلال 10 دقائق، انخفض تركيز ميثيل نيتروفينول بنسبة 50%. ووجد الباحثون أيضًا أن زيادة كمية الميلانويدين وتعريض المادة لأشعة الشمس يقلل من سمية هذا المنتج الثانوي. ومع ذلك، لم يعلن فريق البحث عن مدى التحسن الذي يمكن أن يحققه التعرض لأشعة الشمس.
وقال ناثان جيانيسكي، المؤلف المشارك في الدراسة والأستاذ في جامعة نورث وسترن، إن الفريق البحثي يجري أبحاثا على الميلانين منذ أكثر من 12 عاما، محاولا فهم الوظائف المتعددة لهذه المادة في الطبيعة وتحسينها من خلال هندسة المواد لمنحها إمكانية التطبيق على نطاق واسع. وهو يعتقد أن هذا الإنجاز لا يوضح طبقة واقية جديدة فحسب، بل يقدم أيضًا أفكارًا لإعادة التفكير في تصميم المواد الواقية.
إذا تم تحسين هذه التكنولوجيا في نهاية المطاف، فإن الملابس الواقية المستقبلية قد لا تمنع المواد الخطرة بشكل سلبي فحسب، بل يمكن أن تشارك بنشاط في التحلل الكيميائي عند تعرضها لبعض المواد الكيميائية السامة، وبالتالي تقليل المخاطر التي يشكلها استمرار وجود الملوثات. وتشمل سيناريوهات التطبيق المحتملة حماية الأفراد العسكريين، ومعالجة المبيدات الحشرية، وإنتاج المواد الكيميائية.
ومع ذلك، لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه من التحقق المختبري إلى الاستخدام الفعلي. يحتاج الباحثون أيضًا إلى إجراء مزيد من التقييم لكيفية أداء هذا الطلاء في بيئات العالم الحقيقي، بما في ذلك كفاءة تفاعله في ظل ظروف مختلفة من درجة الحرارة والرطوبة والتلوث، واستقراره على المدى الطويل، وحمايته الفعلية ضد أنواع مختلفة من السموم. فقط بعد التأكد من أن منتجات التحلل يتم التحكم فيها بشكل مناسب ويمكن أن تستمر المادة في العمل بشكل موثوق، يمكن تطبيق هذه التكنولوجيا على معدات الحماية الشخصية ذات الإنتاج الضخم.
تم مؤخرًا نشر الأبحاث ذات الصلة في مجلة "ACS Nano".
التعليقات