美开发防御生化武器的纳米布料

 
    本报讯 （记者常丽君）据物理学家组织网10月18（北京时间）日报道，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）、麻省理工学院等多家机构研究人员正在为军方开发一种新型制服，这种制服的布料用一种新型碳纳米管纤维制成，可防御化学和生物武器。

    这种布料能从透气状态迅速转变到防护状态，它的膜上有许多微孔，由仅几纳米宽的垂直对称的碳纳米管（CNT）构成，高度透气，并用一种化学制剂反应功能层进行了改良。如果直接用化学战剂攻击膜表面，就会引发反应，关闭CNT微孔或让被污染的表面层脱落，使纤维转变为防护状态。

    高透气性是防护服的关键，能让士兵在污染环境中执行任务时免于身体过热，浪费精力。目前的军用防护服是基于重量级的全屏障保护，或是渗透吸附保护，无法同时满足舒适和保护功能两方面要求。而且对环境危险是被动应对，而不是主动防御。新材料利用了碳纳米管独特的传导性，气体传导速度比其他同样大小的孔要高两个数量级。研究人员展示了一小块碳纳米管膜的样本，膜上的孔微小而密集，表现出极佳的透气性。

    生物制剂如细菌或病毒，大小都在10纳米左右，而制服膜上的微孔仅几个纳米宽，能很容易地挡住它们。但化学制剂要小得多，要求膜上的微孔能做出反应封锁威胁。他们用化学威胁反应功能组对碳纳米管膜进行了改良。这种功能组就像门卫一样，能感知并阻止危险。随后还有二级反应，纤维和化学制剂反应后，会像鳞片那样一片片剥落下来。通过这些方式，该纤维能挡住化学制剂如芥子气、神经毒气、有毒物质如葡萄球菌肠毒素、生物孢子如炭疽等。

    “这种制服就像一种智能第二皮肤，能对环境作出反应。”实验室负责国防降险署资助项目的首席研究员弗朗西斯科·弗纳斯洛说，“它的纤维无需外部控制系统就能对环境中的威胁作出反应，进行可逆转换。从高度透气变成防护状态后，能阻止化学药品的威胁并保持良好透气性。”

    这种新制服有望在10年内野外应用。“开发能对化学威胁作出反应的碳纳米管膜，是利用新材料潜能，为国防部提供创新解决方案的好例子。”国防降险署动态多功能材料第二皮肤项目的科技主管崔西·哈里斯说，“这种未来制服能让我们的军队在被生化武器污染了的环境中安全操作更长时间，成功完成他们的任务。”

    总编辑圈点 

  电影《石破天惊》除了让人们记住“一汤匙落地，四到八个街区无一幸免”的VX毒气，还有个喷射沙林毒气的玩偶，我们全副武装的凯奇在密闭舱拆卸它时，防护服也在腐蚀。沙林和VX一样属神经毒剂，人体暴露其中后，药物“解毒”就只是解除症状，很难甚至无法排清毒素。因而，现今对神经毒剂的防范仍主要依赖物理方式——面具和防护服。本文中科学家贡献的新材料，靠微孔的尺寸 “卡”住生物分子，用“关门”来阻挡更小的化学分子，必然提高了其在毒剂环境中的效果。