Riassunto:
I ricercatori della Northwestern University negli Stati Uniti stanno sviluppando un nuovo rivestimento in tessuto che dovrebbe consentire agli indumenti protettivi non solo di bloccare le sostanze chimiche pericolose, ma anche di abbattere e ridurre attivamente la tossicità di alcune sostanze altamente tossiche. Questa ricerca è nata originariamente dalla necessità di protezione dalle armi chimiche in campo militare. In futuro, potrebbe anche fornire nuove soluzioni di protezione per settori come l’agricoltura e la produzione chimica che sono spesso esposti a sostanze chimiche dannose.
Gli agenti nervini sono particolarmente pericolosi perché possono interferire rapidamente con il normale funzionamento del sistema nervoso umano e bloccare la trasmissione dei segnali tra il cervello e il corpo. Una grave esposizione può scatenare convulsioni epilettiformi, paralisi e persino la morte in pochi minuti. Gli indumenti protettivi attualmente comuni si basano principalmente su barriere fisiche per isolare le sostanze nocive. Sebbene possa impedire alle sostanze chimiche di entrare in contatto con la pelle, di solito non distrugge attivamente questi veleni.
La soluzione proposta dal gruppo di ricerca non è quella di ricreare un tessuto speciale, ma di sviluppare un materiale chimico funzionale che possa essere rivestito sulla superficie di diversi tessuti. È simile a un processo di trattamento della tintura che si attacca alle fibre, ma invece di limitarsi a cambiare il colore del tessuto, conferisce al materiale la capacità di gestire attivamente le sostanze chimiche tossiche.
Questa ricerca si basa su oltre un decennio di precedenti esplorazioni da parte del team. Nel 2015, i ricercatori della Northwestern University hanno scoperto che i materiali contenenti zirconio possono aiutare ad abbattere le sostanze chimiche tossiche. Questo studio ha ulteriormente combinato lo zirconio con una sostanza simile alla melanina chiamata allomelanina. Questo pigmento è legato ai pigmenti naturali dei funghi e, oltre a fornire colore, ha la capacità di assorbire piccole molecole e ioni di metalli pesanti.
I ricercatori hanno sfruttato le proprietà di ciascuno dei due componenti: la melanoidina ha una struttura porosa che intrappola le molecole nocive come una spugna microscopica, mentre lo zirconio è responsabile di guidare reazioni chimiche che distruggono le sostanze tossiche intrappolate. Inoltre, l’acqua può agire come agente catalitico durante la reazione, contribuendo ad attivare il processo di decomposizione.
Tuttavia, i ricercatori scoprirono presto che la scomposizione del veleno originale non significava che il pericolo fosse scomparso. Le reazioni chimiche possono produrre nuovi sottoprodotti che talvolta sono persino più pericolosi della sostanza originale. Nell'esperimento, lo zirconio e le melanoidine hanno lavorato insieme per produrre due sottoprodotti: uno è il dimetilfosfato non tossico e l'altro sono i metilnitrofenoli estremamente tossici.
Per risolvere questo problema, il gruppo di ricerca ha sfruttato ancora una volta la capacità di assorbimento delle melanoidine. Oltre a catturare le sostanze chimiche tossiche originali, questo materiale è anche in grado di legare i sottoprodotti nocivi sopra menzionati, riducendone così la concentrazione e i potenziali danni.
I risultati sperimentali hanno mostrato che entro 10 minuti la concentrazione di metilnitrofenolo è diminuita del 50%. I ricercatori hanno anche scoperto che aumentando la quantità di melanoidina e esponendo il materiale alla luce solare si riduceva ulteriormente la tossicità di questo sottoprodotto. Tuttavia, il gruppo di ricerca non ha annunciato quali miglioramenti può apportare l’esposizione alla luce solare.
Nathan Gianneski, coautore dello studio e professore alla Northwestern University, ha affermato che il gruppo di ricerca conduce ricerche sulla melanina da più di 12 anni, cercando di comprendere le molteplici funzioni di questa sostanza in natura e di ottimizzarla attraverso l'ingegneria dei materiali per conferirle il potenziale per un'applicazione su larga scala. Egli ritiene che questo risultato non solo dimostri un nuovo rivestimento protettivo, ma fornisca anche idee per ripensare la progettazione dei materiali protettivi.
Se questa tecnologia verrà infine perfezionata, i futuri indumenti protettivi potrebbero non limitarsi più a bloccare passivamente le sostanze pericolose, ma potranno partecipare attivamente alla decomposizione chimica se esposti a determinate sostanze chimiche tossiche, riducendo così il rischio rappresentato dalla continua presenza di contaminanti. I potenziali scenari applicativi includono la protezione del personale militare, il trattamento dei pesticidi e la produzione chimica.
Tuttavia, la strada da percorrere dalla verifica di laboratorio all'utilizzo effettivo è ancora lunga. I ricercatori devono anche valutare ulteriormente le prestazioni di questo rivestimento negli ambienti del mondo reale, compresa la sua efficienza di reazione in diverse condizioni di temperatura, umidità e inquinamento, la sua stabilità a lungo termine e la sua effettiva protezione contro diversi tipi di veleni. Solo dopo aver confermato che i prodotti della decomposizione sono adeguatamente controllati e che il materiale può continuare a funzionare in modo affidabile, questa tecnologia può essere applicata ai dispositivi di protezione individuale prodotti in serie.
Articoli di ricerca rilevanti sono stati recentemente pubblicati sulla rivista "ACS Nano".
Commenti