Детоксикация нервно-паралитических агентов с помощью функционализированных полимерных нановолоконных мембран

Ученые из Национального университета Сингапура разработали полимерные нановолоконные мембраны с синтезированным катализатором для детоксикации нервно-паралитических агентов. Исследование опубликовано 30 мая в журнале Nanotechnology.

Цель и проблема

Исследователи во главе с научным сотрудником Субраманианом Сундарраджаном искали способ детоксикации фосфорорганических нервно-паралитических агентов, таких как Зоман, Зарин и Табун. Эти агенты нарушают работу нервной системы человека, ингибируя фермент ацетилхолинэстеразу. Современная защитная одежда использует функционализированный активированный уголь, который имеет недостатки: тяжесть, способность удерживать влагу и необходимость утилизации загрязненной одежды из-за абсорбции агентов.

Ключевые компоненты разработки

  • Катализатор: На основе данных литературы о гидролизе нервных агентов β-циклодекстрином (B-CD) и о-йодозобензойной кислотой (IBA) ученые синтезировали производное циклодекстрина с функциональностью IBA — 3-карбокси-4-йодозобензилокси-B-CD (oxy-B-CD). Также тестировались другие вариации B-CD и IBA.
  • Материал мембраны: Для нановолокон использовали поливинилхлорид (PVC), так как он обеспечивает малый диаметр волокон, высокую пористость и большую площадь поверхности, что улучшает реакционную способность с катализатором.

Эксперимент и результаты

Ученые создали несколько типов мембран методом электроспиннинга: чистый PVC, PVC с B-CD, PVC с IBA, PVC с B-CD и IBA, и PVC с oxy-B-CD. Все функционализированные мембраны были гидрофильными.

Для тестирования эффективности использовали параоксон — имитатор нервно-паралитического агента. Мембраны погружали в растворы параоксона разной концентрации (10mM, 25mM, 50mM) при 25°C.

  • Наиболее эффективный гидролиз показала мембрана с oxy-B-CD. Эфирная группа в oxy-B-CD выступала в качестве линкера с бензольным кольцом, оптимизируя взаимодействие между катализатором и параоксоном.
  • Эффективность гидролиза возрастала с увеличением выхода oxy-B-CD.
  • Oxy-B-CD расщеплял параоксон на диэтилфосфорную кислоту и п-нитрофенол, который переходил в основную форму (п-нитрофенолят). Образовывался высокостабильный комплекс между анионом п-нитрофенолята и B-CD.
  • Количество п-нитрофенола измеряли с помощью УФ-спектрофотометрии, обнаруживая максимум при 410 ± 10 нм.

Сравнительный анализ

Скорость гидролиза параоксона мембраной с oxy-B-CD оказалась в 11.5 раз выше, чем у активированного угля, а также выше, чем у мембран с B-CD, IBA и их комбинацией.

Перспективы

Такие мембраны можно интегрировать в ткань защитной одежды, что позволит не только детоксицировать фосфорорганические агенты, но и сделать одежду легче и воздухопроницаемее. В дальнейшем ученые планируют разработать неспецифические катализаторы для разложения как нервно-паралитических, так и кожно-нарывных отравляющих веществ.

2006-07-10