以有機磷為基礎的神經毒劑是人類已知的毒性最強的化學物質之一。近日，細胞出版社（Cell Press）旗下期刊Chem Catalysis上在線發(fā)表了一項研究，美國西北大學的科學家開發(fā)出一種與鋯基金屬有機框架（MOFs）集成的水凝膠，可以快速降解化學戰(zhàn)中使用的有機磷類神經毒劑。

與現有的粉狀MOF吸附材料不同，這種水凝膠材料不需要添加水，便于用在防護口罩或服裝上。西北大學化學教授、論文通訊作者Omar Farha說，“在最近的全球沖突中化學武器的使用，反映出急需個人防護裝備，以及大規(guī)模銷毀化學武器儲備的緊迫性。在這項工作中，我們將MOFs和含胺交聯水凝膠整合到布料中，以建立適當的微環(huán)境，進而促進神經毒劑的快速降解，并提供實時保護?！?/p>

雖然MOFs之前已經證明了其在實驗室中快速分解有機磷制劑和類似模擬物質的能力，但事實證明，這些粉末吸附劑很難直接集成到防護布中。當神經毒素與鋯6簇結合時，通常會使粉末和纖維復合催化劑失活。這一缺陷要求使用堿性溶液來再生MOFs的催化位點，這不會阻止MOFs被用于消除儲存的化學武器，但會阻礙它們在穿戴防護裝備中的使用。

為了克服這一挑戰(zhàn)，Farha及同事設計了一種基于MOF的織物復合系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用胺基水凝膠中的水來分解神經毒劑。

這種材料的工作原理是將3個關鍵組分結合在一起，進行水解反應，從而去除有毒的有機磷劑。MOF的鋯節(jié)點提供了一個路易斯酸性位點，其能激活磷中心（神經毒劑的活性部分），而水凝膠孔則捕獲必要的水，最后水凝膠主鏈上的堿性胺基生成羥基，促進對有機磷底物的攻擊，進而使水解產物在鋯中心上發(fā)生置換（即催化周轉）。

研究人員隨后將這種水凝膠復合材料與棉纖維結合，并用模擬或實際神經毒劑（與美國陸軍實驗室合作進行測試）進行了測試。他們使用核磁共振波譜分析了產品和襯底。他們發(fā)現，復合材料在短短10分鐘內化學轉化了99%的試劑，即使在密封瓶中保存了3個月，也能保持這種高水平的催化活性。

Farha說，“與之前開發(fā)的復合材料相比，新材料有了顯著改進。同樣重要的是，該材料在固態(tài)時的反應活性與在堿性水溶液中相當?！?/p>

對于將這種新型水凝膠復合材料用作防護服和面罩的反應層，研究人員指出，要將其集成到現有產品中，還需要進一步的工程和測試。然而，由于材料生產方法簡單且易于擴展，Farha認為大規(guī)模生產基于該材料的面罩和防護服在未來是可能的。

Farha說，“我們正在優(yōu)化復合材料以適應現實世界的需求。我們希望未來這些材料能夠商業(yè)化，用于保護人類生命?！?/p>