Resumen:
Un equipo de investigación de la Universidad Northwestern ha desarrollado un nuevo nanomaterial inspirado en la melanina natural, que se espera proporcione protección adicional a las personas expuestas a químicos organofosforados dañinos durante mucho tiempo. Se espera que esta tecnología se utilice en el futuro en equipos de combate para soldados, equipos de protección agrícola y equipos de seguridad industrial para ayudar a reducir los riesgos para la salud causados por agentes nerviosos y algunos pesticidas.
El material desarrollado por los investigadores se llama "Alomelanina", y su diseño está inspirado en la melanina de la naturaleza. La melanina no sólo da color a los organismos, sino que también tiene la capacidad de adsorber y procesar una variedad de sustancias químicas. El equipo de investigación espera utilizar esta propiedad natural para construir materiales protectores que puedan capturar y degradar activamente sustancias químicas peligrosas.
Este estudio, publicado en la revista ACS Nano, se centra en compuestos organofosforados. Los compuestos organofosforados se utilizan ampliamente en la fabricación de pesticidas, insecticidas y agentes nerviosos. Entre ellos, los agentes nerviosos pueden alterar la transmisión normal de señales en el sistema nervioso humano. En casos graves, pueden provocar la pérdida del control del sistema respiratorio y de la función cardíaca, e incluso poner en peligro la vida.
El equipo de investigación introdujo grupos de circonio basados en la estructura porosa de la isomelanina, lo que le permite tener funciones duales de adsorción y catálisis. La isomelanina del material es responsable de capturar moléculas químicas nocivas, mientras que el elemento circonio es responsable de promover la reacción de descomposición, reduciendo así la toxicidad y acelerando la desactivación de sustancias nocivas.
Para mejorar el valor de la aplicación práctica, los investigadores modificaron aún más el material para que pueda formar automáticamente un ambiente adecuado para reacciones de degradación química después del contacto con la humedad. Los resultados experimentales muestran que después de la exposición a simulantes de agentes nerviosos, los niveles de subproductos tóxicos se pueden reducir en aproximadamente un 50% en sólo 10 minutos. Las investigaciones muestran que las condiciones de luz pueden mejorar aún más su efecto de degradación.
A diferencia de muchos materiales protectores, este nuevo tipo de material de melanina es renovable y biodegradable, además de tener una baja toxicidad. Los investigadores dijeron que el material puede incrustarse en fibras y tejidos como pigmento o aditivo, por lo que se espera que se aplique directamente a ropa protectora, equipos tácticos, máscaras antigás, guantes y otros productos.
El equipo de investigación prevé que en el futuro se podrán añadir con este nanomaterial los guantes y máscaras protectores utilizados por los agricultores, así como los uniformes de combate y los equipos de protección personal utilizados por los militares. En caso de un incidente de contaminación química, la ropa contaminada también se puede tratar rápidamente rociando una solución acuosa que contenga compuestos relevantes para reducir la amenaza que representan las sustancias nocivas.
Los investigadores señalaron que la tecnología aún se encuentra en la etapa de verificación de laboratorio y aún está lejos de su aplicación comercial a gran escala. En el futuro, es necesario evaluar más a fondo la estabilidad y la rentabilidad de los materiales en condiciones de uso prolongado, limpieza repetida, exposición ambiental compleja y condiciones de fabricación a gran escala. Sin embargo, esta investigación demuestra una nueva forma de utilizar la nanotecnología biónica para abordar de forma proactiva las sustancias químicas peligrosas y también proporciona una nueva dirección para el desarrollo de la próxima generación de equipos de protección personal.
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