点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:防护服可无需消毒重复用?这种水凝胶或能“就地”降解毒剂
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

防护服可无需消毒重复用?这种水凝胶或能“就地”降解毒剂

来源:科技日报2021-07-29 11:08

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  以有机磷为基础的神经毒剂是人类已知毒性最强的化学物质之一。近日,细胞出版社旗下期刊《化学催化》在线发表了一项研究,美国西北大学的科学家开发出一种与锆基金属有机框架(MOFs)集成的水凝胶,可以快速降解化学战中使用的有机磷类神经毒剂。

  “该研究工作在锆—有机物分子骨架中,增加了聚乙烯亚胺环氧化物的交联,开发出一种在通风条件下也能够维持的水凝胶,可以近乎瞬时水解几个典型有机磷神经毒剂,实现对接触面上的解毒,这都是在上一个2018年同类实验基础上的创新,代表向着生产用于实际条件下神经毒剂瞬时解毒的防护装备迈出了关键一步。”中国科学院遗传与发育生物学研究所生物学研究中心高级工程师姜韬在接受科技日报记者采访时表示。

  毒害机理类似杀虫剂

  神经毒剂往往令人闻之色变,那么以有机磷为基础的神经毒剂是如何对人类产生毒害的?

  对此,姜韬解释,有机磷(Organophosphates,OPs)是一类化学杀虫剂的统称,其主要的作用是对昆虫的乙酰胆碱酯酶(AChE)进行共价修饰,产生对酯酶水解乙酰胆碱的抑制作用。

  “动物的神经传导依赖神经突触之间的神经递质——乙酰胆碱与其受体的作用。正常情况下作为神经递质的乙酰胆碱,在神经突触间起作用,乙酰胆碱由合成的细胞分泌后激活临近的细胞表面的乙酰胆碱受体,将信号传递下去,并立即被乙酰胆碱酯酶水解掉,以便受体可以接受下一次释放的乙酰胆碱激活。”姜韬说。

  姜韬分析,如果乙酰胆碱酯酶与有机磷农药结合,导致活性丧失,乙酰胆碱就无法被及时去掉,突触部位大量乙酰胆碱积累,突触后膜的乙酰胆碱受体不断地被激活,突触后神经纤维长时期处于兴奋状态。同时,突触部位正常的神经冲动传导也就受到阻塞,中毒后的昆虫会立即出现肌肉等组织的高度兴奋、痉挛,最后瘫痪、死亡。

  实际上,对乙酰胆碱酯酶的研究已经有70多年的历史,有超过2万篇相关科学论文成果。

  “人类的乙酰胆碱酯酶与昆虫的差别还不够大,很多有机磷杀虫剂对人类也有神经毒害作用,而且有可能会被皮肤吸收,这也就让人担心会被用于化学武器。比如,二战期间被纳粹德国尝试投入生产的沙林毒剂就是如此。”姜韬指出。

  物理防护是首要防线

  面对有机磷神经毒剂,人类通常使用物理防护,药物解毒。

  姜韬解释,人类对于有机磷农药的防护,首先是物理防护,比如用防毒面具,甚至全身性防护服防止毒药的吸入及其与皮肤的接触。

  对于中毒的高等动物而言,有机磷农药首先毒害的是肝脏和肾脏,并带来剧烈腹痛,同时还会毒害大脑,之后心脏机能也会受到伤害。

  专家分析,有机磷农药可因食入吸入或经皮肤吸收而产生中毒。其中小儿意外中毒较为多见,原因多为误食被有机磷农药污染的食物(包括瓜果蔬菜、乳品、粮食,以及被毒死的禽畜水产品等);误用沾染农药的玩具或农药容器;不恰当地使用有机磷农药杀灭蚊蝇、虱蚤、臭虫、蟑螂,及治疗皮肤病和驱虫;母亲在使用农药后未认真洗手及换衣服而给婴儿哺乳;用包装有机磷农药的塑料袋做尿垫或用喷过有机磷农药的田头砂土填充“土包裤”代替尿垫;在喷过有机磷农药的田地附近玩耍引起吸入中毒等。

  因此,姜韬说,我国政府农药主管部门,已有序禁止使用毒性较高的有机磷农药。

  “有机磷农药中毒后,可以尽快使用解磷定等药物解毒,它可以将有机磷修饰的部分再从乙酰胆碱酯上去除掉,大致恢复乙酰胆碱酯的数量和活性,不过人类的乙酰胆碱酯被相应有机磷化合物共价修饰后的复合物会随时间进一步发生结构的不可逆改变,这一改变称为老化,老化后的乙酰胆碱酯酶便无法恢复活性。如果有机磷农药毒性较低,剂量有限,组织没有坏死,肌体没有死亡,还可以靠细胞表达出新的酶分子彻底替换掉,逐渐恢复正常。”姜韬说。

  2018年,一个由美国陆军化学生物专家参与的项目首次报道其系统地研究使用MOFs进行有机磷化合物的溶剂解的有效性。

  “结果表明,使用以锆为中心金属的有机骨架甲醇凝胶,可以溶剂解模拟化学武器(化学战剂)的几种有机磷化合物,而不会消耗这个锆—有机物骨架化合物,即原本作为结构框架的锆—有机物骨架居然同时具有对有机磷溶剂解的催化剂的作用,这应该算是一个意外收获。”姜韬说。

  新材料便于用在防护服上

  今年,美国西北大学化学和国际纳米技术研究所、美国陆军作战能力发展指挥化学生物中心以及西北大学化学和生物工程系合作发表论文,题为《锆基金属—有机骨架水凝胶复合材料近瞬

  时催化水解有机磷神经毒剂》。

  与现有的粉状MOF吸附材料不同,这种水凝胶材料不需要添加水,因此更便于用在防护口罩或服装上。西北大学化学教授、论文通讯作者Omar Farha说:“在最近的全球冲突中化学武器的使用,反映出急需个人防护装备,以及大规模销毁化学武器储备的紧迫性。在这项工作中,我们将MOFs和含胺交联水凝胶整合到布料中,以建立适当的微环境,进而促进神经毒剂的快速降解,并提供实时保护。”

  虽然MOFs之前已经证明了其在实验室中快速分解有机磷制剂和类似模拟物质的能力,但事实证明,这些粉末吸附剂很难直接集成到防护布中。当神经毒素与锆6簇结合时,通常会使粉末和纤维复合催化剂失活。这一缺陷要求使用碱性溶液来再生MOFs的催化位点,这不会阻止MOFs被用于消除储存的化学武器,但会阻碍它们在穿戴防护装备中的使用。

  为了克服这一挑战,Farha及同事设计了一种基于MOF的织物复合系统,该系统使用胺基水凝胶中的水来分解神经毒剂。

  “表面含有这种水凝胶的防护服,能够水解接触到的有机磷战剂,意味着表面防护服不需要消毒,只需确保凝胶里的水分就可以重复使用。这相比通常的防护服必须消毒和彻底清洗并验证后才能重复使用具有一定优势。”姜韬解释。

  “该研究发源自金属有机化合物化学,从上世纪60年代以来不断发展壮大,分支出金属有机化合物,过渡金属有机化合物,金属簇化合物,过渡金属簇合物,金属—有机骨架合物等,从纯基础研究,发展出了具有实用意义或潜在功能的全新分子产品。”姜韬指出,这表明了科技发展的一个重要特点,进行基础研究时不知道明天会发现什么,更不知道未来发展还会带来什么,科学家研究和升级一个分子的结构,还会带来意外的新功能,科学与技术交相促进相得益彰,不断获得理论和创新成果。(记者 马爱平)

[ 责编:赵宇豪 ]
阅读剩余全文()

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 具身智能入驻商圈 人机互动焕新消费

  • 我国最北高铁迎来国庆黄金周

独家策划

推荐阅读
根据国家气候中心监测,9月以来赤道中东太平洋海温持续增暖,为有监测记录以来候和旬尺度海温指数首次突破3摄氏度,海温指数峰值预计出现在11月前后,形成一次有监测记录以来最强的超强厄尔尼诺事件。
2026-09-30 09:45
这里,冬季寒冷漫长,寒凉气候、偏少降水、无霜期短的自然条件,难以形成规模化的城市聚落。对于传统农牧业,年均气温低、无霜期短意味着作物生长期受限;而对数据中心来说,这也是天然冷源。
2026-09-30 09:44
9月29日,中国科学院在京召开新闻发布会,正式发布“科学前沿极限突破计划”及其首批项目,向“极宏观、极微观、极端条件和极综合交叉”方向发起冲击。
2026-09-30 09:38
中国科普研究所经过深入调查研究,形成《全国科普事业发展报告(2026)》,全面展示我国科普事业持续发展壮大所取得的成就。
2026-09-30 09:32
现代科技发展史反复印证着一个道理:许多新技术的突破,归根结底都依赖材料的新发展。
2026-09-30 09:33
世界知识产权组织29日公布的2026年《全球创新指数》中,香港在全球139个经济体中排名再升一位至第14位,并在亚洲保持第五位。
2026-09-30 09:30
科学家绘制出了人体前额叶皮层脑区的已知最大规模基因表达图谱。这些研究进一步阐释了前额叶皮层脑区在生命不同阶段的发育情况,有望用于研究衰老、认知衰退和疾病易感性。在第二篇发表于《自然》论文中,西奈山伊坎医学院的Donghoon Lee和同事报道了一个与脑疾病相关的基因表达变化图谱。
2026-09-29 09:39
纤维的材料层次、器件结构和电路互连随成形过程共同建立起来,让纤维本身成为电路。另一组实验中,研究团队利用纤维组成的柔性交互界面及配套系统,实现了手指对机械臂和无人机的非接触控制。
2026-09-29 09:39
(记者王政)工业和信息化部等7部门28日联合印发《新型电池产业发展“十五五”规划》,提出到2030年,我国新体系电池研发取得重大进展,全固态电池初步实现规模化应用。
2026-09-29 09:40
记者李春剑从中国计量科学研究院获悉,近日,国际计量局(BIPM)的全球卫星导航系统(GNSS)时间传递标准首次在中国完成北斗关键参数的标校与比对验证。随着北斗时间传递链路校准、监测评估和国际互认体系持续完善,北斗将进一步为全球用户提供更加准确、可信的授时服务。
2026-09-29 09:39
近期,国务院印发《全民健身计划(2026—2030年)》,对“十五五”时期推动全民健身事业高质量发展作出部署。国际体育医学期刊《运动医学》指出,抗阻训练较常出现不适或损伤的部位主要集中在肩部、腰背部和膝部。
2026-09-29 09:37
全国科普月不仅是科普服务的集中推出期,更是营造爱科学、学科学浓厚社会氛围的重要契机。期待科普之翼越来越有力,把科学“种”进更多人心田。
2026-09-28 09:49
作为一线科技工作者,我觉得应该肩负起向公众传播科学知识、科学方法、科学思维和科学精神的社会使命。这是历史赋予我们的责任和义务,科学家应该将所学回馈社会。
2026-09-28 09:44
研究团队借助这套气体观测数据,首次定量证实:星团内接连发生的超新星爆发,持续输入的动能足以长期维持星系湍流。
2026-09-28 09:42
23日至27日,以“在数贸会遇见AI未来”为主题的第五届全球数字贸易博览会在浙江杭州国际博览中心举办。
2026-09-28 09:34
9月25日晚,皓月当空,海南科技馆外的人工湖边人头攒动。孩子们有序凑到天文望远镜前,凝神细看,月球表面深浅交错的环形山与陨石坑清晰映入眼帘。
2026-09-28 09:21
全球老龄化加速,如何延长健康寿命,成为生命科学研究领域最紧迫的课题之一。诸多抗衰老策略中,营养干预被认为最现实。已有研究表明,减少饮食中蛋白质的摄入,能延长酵母、果蝇和小鼠等模式生物的寿命。
2026-09-24 09:41
作为射电天文领域的国之重器,中国天眼(FAST)不断将我们的视野推向宇宙更深处,在脉冲星、快速射电暴、中性氢宇宙等前沿领域,一次又一次刷新着人类对于宇宙的认知。
2026-09-24 09:34
我国研究团队利用“天关”卫星(爱因斯坦探针卫星)与高海拔宇宙线观测站“拉索”(LHAASO)的联合观测,在一颗距离地球约4600光年的脉冲星周围发现一条此前未被完整看到的超长X射线尾迹。
2026-09-24 09:30
国家统计局数据显示,在消费品以旧换新等政策利好下,节能家电、智能家居等越来越受到消费者的青睐。智能家居的终极目标,不是堆砌多少高科技设备,而是让人的生活更便利、更幸福。
2026-09-24 09:26
加载更多