Новый материал нейтрализует нервно-паралитический газ

Нервно-паралитические газы остаются одним из самых пугающих видов химического оружия. Впервые они были разработаны в Германии в 1936 году. Эти вещества просты с точки зрения химии, но при этом смертельно опасны для человека.

Они состоят из фосфорсодержащих органических химических веществ, называемых органофосфатами, и действуют, блокируя фермент ацетилхолинэстеразу, из-за чего мышцы организма не могут вернуться в состояние расслабления, а нервные импульсы не достигают органов и тканей.

Будь то зарин, зоман, Ви-Экс или другой агент, воздействие имеет пугающую последовательность симптомов. Часто оно проявляется насморком, быстро развивающимся в полную дыхательную недостаточность и судороги.

Газ проникает в организм не только благодаря дыханию, он всасывается через кожу. То есть необходимо использовать защитные костюмы, покрывающие всё тело. Утилизация запасов нервно-паралитических газов обычно происходит в сложных плазменных печах.

В современном мире почти любой военный конфликт сопровождается применением химического оружия, в частности, описанных выше отравляющих веществ, противостоять которым крайне непросто. Однако команда учёных из Северо-Западного университета разработала новый материал, способный нейтрализовать нервно-паралитические газы.

Соединение, получившее название NU-1000, представляет собой катализатор на основе циркониевых металлорганических структур (metal-organic framework). Он может пригодиться как для утилизации запасов химического оружия, так и при изготовлении противогазов и защитных костюмов для солдат и спасателей.

На создание NU-1000 учёных вдохновил натуральный фермент фосфотриэстераза, который производится некоторыми бактериями и участвует в регуляции работы сигнальных путей. Так как природные ферменты способны действовать лишь в узком диапазоне условий и очень быстро распадаются, команда из Северо-Западного университета решила разработать неорганический катализатор, более надёжный и с более "выносливой" молекулярной структурой.

Создатели утверждают, что NU-1000 способен разлагать сомар, более опасную версию зарина, обезвреживая его в считанные минуты. К тому же катализатор работает в широком диапазоне условий, что делает его пригодным для использования прямо на поле боя.

"Этот материал термически и химически устойчив, так что неважно, в каких условиях он находится или транспортируется, – говорит глава исследовательской команды Омар Фара (Omar K. Farha). – Материал выдерживает влагу, попадание воды, температуру до +130 и – 15 градусов, пыльную бурю. Солдаты не должны волноваться, что их защитная маска в каких-то условиях может стать непригодной для использования — этот катализатор действует всегда".

Металлорганические структуры в NU-1000 образуют пористую кристаллическую решётку, которая сдерживает агенты, предоставляя катализатору время для работы. Когда нервно-паралитический газ попадает в ловушку решётки, он встречается с цирконием, разрушающим фосфат-эфирную связь в молекуле. В ходе дальнейшего гидролиза смертельный яд превращается в безвредное химическое вещество за минуты. При этом реакция не нуждается в присутствии воды, обычной влажности воздуха вполне достаточно.

Испытания проходили с использованием вещества, имитирующего зарин. Однако компьютерное моделирование показывает, что NU-1000 будет также эффективно бороться против других агентов, таких как Ви-Экс.

В настоящее время исследователи разрабатывают катализатор широкого спектра, который сможет нейтрализовать и другие нервно-паралитические вещества. У новинки есть и ещё один недостаток: естественный фермент действует в 1000-10000 раз быстрее. Учёным ещё предстоит поработать над быстродейственностью катализатора.

Научная статья о новой разработке была опубликована в журнале Nature Materials.