پوست دوم در برابر عوامل شیمیایی و بیولوژیکی محافظت می‌کند

 | تاریخ ارسال: 1399/3/7 | 
پوست دوم در برابر عوامل شیمیایی و بیولوژیکی محافظت می­کند
ایمنی شخصی به تجهیزات حفاظتی متکی است که متأسفانه هنوز بسیار باقی مانده ­اند. به عنوان مثال، قابلیت تنفس زیاد (یعنی انتقال بخار آب از بدن پوشنده به دنیای خارج) در لباس­های نظامی محافظ برای جلوگیری از تنش گرما و خستگی هنگامی که سربازان درگیر مأموریت­ ها در محیط ­های آلوده هستند، بسیار مهم است. همان مواد (جاذب­ ها یا لایه­ های مانع) که در پوشاک فعلی محافظت ایجاد می­کنند نیز به طور زیان­ آوری از قابلیت تنفس زیاد جلوگیری می­کنند.
برای مقابله با این چالش ­ها، تیمی چند موسسه ای از پژوهشگران به سرپرستی پژوهشگر Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL)، Francesco Fornasiero، پارچه­ ای هوشمند و با قابلیت تنفس طراحی کرده ­اند که به منظور محافظت از پوشندگان در برابر عوامل جنگی بیولوژیکی و شیمیایی طراحی شده ­است. از این نوع مواد می­ توان در محیط ­های کلینیکی و پزشکی نیز استفاده کرد. این کار به تازگی بصورت آنلاین در Material Advanced Functional منتشر شده ­است و نشان دهنده­ ی اتمام موفقیت آمیز فاز اول این پروژه است که توسط آژانس کاهش تهدید دفاعی از طریق مواد چند منظوره پویا برای برنامه دوم پوست "D[MS]۲" تأمین می­شود.
Fornasiero گفت: "ما ماده ­ی هوشمندی را نشان دادیم که با ترکیب موفق دو عنصر کلیدی: یک لایه غشای پایه شامل تریلیون تخلخل ­های نانولوله ­ی کربن هم راستا و یک لایه پلیمری پاسخگو به تهدید که بر روی سطح ممبران پیوند زده شده ­است، هم قابل تنفس و هم محافظ است. "
این نانولوله­ های کربنی (استوانه­ های گرافیکی با قطر بیش از ۵۰۰۰ برابر کوچکتر از موی انسان) می­توانند به راحتی مولکول­های آب را از طریق فضای داخلی خود انتقال دهند و در عین حال همه ­ی تهدیدات زیستی را نیز مسدود کنند، که نمی­توانند در تخلخل ­های ریز قرار گیرند. این یافته­ ی کلیدی قبلاً در Advanced Material  منتشر شده بود.
این تیم نشان داده ­است که نرخ انتقال بخار رطوبت از طریق نانولوله ­های کربنی، با کاهش قطر لوله­ ها افزایش می­یابد و برای کوچکترین اندازه تخلخلی که در این پژوهش در نظر گرفته شده­ است، آنقدر سریع است که به آنچه در فاز گازی اندازه ­گیری می­شود، نزدیک می­شود. این روند شگفت آور است و دلالت بر این دارد که نانولوله ­های کربنی تک جداره (SWCNTs) به عنوان تخلخل ­های هادی رطوبت، بر محدودیت مبادله ­ی تنفس/ محافظت نمایش داده ­شده توسط مواد متخلخل سنتی غلبه می­کنند، بر طبق گفته­ یFornasiero . بنابراین، با کاهش قطرSWCNT ، به طور همزمان انتخاب اندازه و نفوذپذیری بخار آب بهبود می­یابد
برخلاف عوامل زیستی، تهدیدهای شیمیایی کوچک­تر هستند و می­توانند در منافذ نانولوله قرار بگیرند. برای افزودن محافظت در برابر خطرات شیمیایی، لایه­ای از زنجیره ­های پلیمری روی سطح ماده رشد داده ­می ­شود، که در تماس با تهدید به طور برگشت­ پذیری فرو می­ریزد، بنابراین موقتاً منافذ را مسدود می­کند.
Timothy Swager، همکار در موسسه فناوری ماساچوست است که پلیمر پاسخگو را تولید کرده ­است، گفت: "این لایه ­ی پویا اجازه می­دهد که مواد کاملاً هوشمند باشند و فقط در زمان و مکان مورد نیاز محافظت کنند." این پلیمرها برای انتقال از حالت گسترده به حالت فروپاشی در تماس با تهدیدهای ارگانوفسفات، مانند sarin طراحی شده ­اند. وی افزود: "ما تأیید کردیم که هم شبیه سازها و هم عوامل زنده باعث تغییر حجم مورد نظر می­شوند."
این تیم نشان داد که مممبران­ های پاسخگو از قابلیت تنفس کافی در حالت تخلخل باز برای برآورده کردن الزامات حامی مالی برخوردار هستند. در حالت بسته، نفوذ تهدیدها از طریق مواد به میزان چشمگیری با دو برابر اندازه کاهش می­یابد. با قابلیت تنفس و محافظت هوشمندانه­ ی نشان ­داده شده از این ماده، انتظار می­رود که در یک راحتی حرارتی به طور قابل توجهی بهبود یافته برای مصرف ­کننده برگردانده و موجب افزایش زمان امکان پوشیدن ادوات محافظ، چه در بیمارستان و چه در میدان نبرد شود.
Kendra McCoy، مدیر برنامه DTRA که نظارت بر این پروژه را دارد، گفت: "ایمنی جنگجویان، کارکنان پزشکی و اولین پاسخ دهندگان در حین انجام عملیات طولانی مدت در محیط­ های خطرناک، به تجهیزات محافظت شخصی متکی است که نه تنها محافظت می­کند بلکه می­تواند نفس بکشد." "برنامه DTRA Second Skin برای رفع این نیاز با پشتیبانی از تولید مواد جدیدی که به طور مستقل با محیط سازگار شده و حداکثر راحتی و حفاظت را برای ساعت­های زیادی به حداکثر می رسانند، طراحی شده ­است."
در مرحله بعدی این پروژه، هدف تیم متحد شدن برای رسیدن به محافظت در برابر تهدیدات شیمیایی اضافی و بهبود کشش مواد برای مناسب­تر شدن برای بدن است، بنابراین نزدیک­تر پوست انسان را تقلید می­کنند.

گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی