Een onderzoeksteam van de Northwestern University heeft een veelzijdige composietstof ontwikkeld die zowel biologische bedreigingen als zoals het nieuwe coronavirus dat COVID-19 veroorzaakt, en chemische bedreigingen, zoals die worden gebruikt in chemische oorlogsvoering. Een materiaal dat effectief is tegen beide soorten bedreigingen is zeldzaam.

Het materiaal is ook herbruikbaar. Het kan in zijn oorspronkelijke staat worden hersteld nadat de stof is blootgesteld aan bedreigingen door een eenvoudige bleekbehandeling. De veelbelovende stof kan worden gebruikt in gezichtsmaskers en andere beschermende kleding.

"Het hebben van een bifunctioneel materiaal dat het vermogen heeft om zowel chemische als biologische giftige stoffen te deactiveren, is cruciaal, aangezien de complexiteit om meerdere materialen te integreren om het werk te doen hoog is, " zei Omar Farha van Northwestern, een expert in metaal-organische raamwerken, of MOF's, dat is de basis voor de technologie.

Farha, een professor in de chemie aan het Weinberg College of Arts and Sciences, is een co-corresponderende auteur van de studie. Hij is lid van het Northwestern's International Institute for Nanotechnology.

De MOF/vezelcomposiet bouwt voort op een eerdere studie waarin Farha's team een ​​nanomateriaal creëerde dat giftige zenuwgassen deactiveert. Met wat kleine manipulaties, de onderzoekers konden ook antivirale en antibacteriële middelen in het materiaal verwerken.

MOF's zijn "geavanceerde badsponzen, " zei Farha. De materialen van nanoformaat zijn ontworpen met veel gaten die gassen kunnen opvangen, dampen en andere middelen zoals een spons water vangt. In de nieuwe composietstof, de holtes van de MOF's hebben katalysatoren die giftige chemicaliën kunnen deactiveren, virussen en bacteriën. Het poreuze nanomateriaal kan eenvoudig op textielvezels worden aangebracht.

Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society ( JACS ).

De onderzoekers ontdekten dat de MOF/vezelcomposiet snelle activiteit vertoonde tegen SARS-CoV-2 en zowel gram-negatieve bacteriën (E. coli) als gram-positieve bacteriën (S. aureus). Ook, het met actieve chloor beladen MOF/vezelcomposiet snel afgebroken zwavelmosterdgas en zijn chemische simulant (2-chloorethylethylsulfide, CEES). De nanoporiën van het MOF-materiaal dat op het textiel is gecoat, zijn breed genoeg om zweet en water te laten ontsnappen.

Het composietmateriaal is schaalbaar, Farha heeft toegevoegd, omdat het alleen basisapparatuur voor textielverwerking vereist die momenteel door de industrie wordt gebruikt. Wanneer opgenomen in een gezichtsmasker, het materiaal moet twee kanten op kunnen werken:het beschermen van de maskerdrager tegen virussen in zijn of haar omgeving en het beschermen van personen die in contact komen met een besmette persoon die het masker draagt.

De onderzoekers waren ook in staat om tot op atomair niveau inzicht te krijgen in de actieve plaatsen van het materiaal. Hierdoor kunnen zij en anderen structuur-eigenschaprelaties afleiden die kunnen leiden tot de creatie van andere MOF-gebaseerde composieten.

De titel van het artikel is "Geïmmobiliseerd regenereerbaar actief chloor in een op zirkonium gebaseerde MOF-textielcomposiet om biologische en chemische bedreigingen te elimineren." Yuk Ha Cheung van de Hong Kong Polytechnic University en Kaikai Ma van de Northwestern University zijn de eerste auteurs van het artikel. Ma is ook een co-corresponderende auteur.