12.10.2021 - Northwestern University

Ein seltenes Kunststück: Material schützt sowohl vor biologischen als auch vor chemischen Bedrohungen

Vielseitiges Gewebe ist auch gegen das Coronavirus wirksam

Ein Forschungsteam der Northwestern University hat ein vielseitiges Verbundmaterial entwickelt, das sowohl biologische Bedrohungen wie das neuartige Coronavirus COVID-19 als auch chemische Bedrohungen, wie sie in der chemischen Kriegsführung eingesetzt werden, deaktivieren kann. Ein Material, das gegen beide Arten von Bedrohungen wirksam ist, ist selten.

Das Material ist außerdem wiederverwendbar. Das vielversprechende Material könnte für Gesichtsmasken und andere Schutzkleidung verwendet werden.

"Ein bifunktionales Material, das in der Lage ist, sowohl chemische als auch biologische Giftstoffe zu deaktivieren, ist von entscheidender Bedeutung, da es sehr komplex ist, mehrere Materialien zu integrieren, um diese Aufgabe zu erfüllen", sagte Omar Farha von Northwestern, ein Experte für metallorganische Gerüste (MOFs), die die Grundlage für diese Technologie bilden.

Farha, Professor für Chemie am Weinberg College of Arts and Sciences, ist Mitautor der Studie. Er ist Mitglied des International Institute for Nanotechnology der Northwestern University.

Der MOF-Faser-Verbundstoff baut auf einer früheren Studie auf, in der Farhas Team ein Nanomaterial herstellte, das giftige Nervenkampfstoffe deaktivieren kann. Mit einigen kleinen Manipulationen gelang es den Forschern, auch antivirale und antibakterielle Wirkstoffe in das Material einzubauen.

MOFs sind "hochentwickelte Badeschwämme", so Farha. Die nanogroßen Materialien sind mit vielen Löchern versehen, die Gase, Dämpfe und andere Stoffe einfangen können, so wie ein Schwamm Wasser einfängt. In dem neuen Verbundstoff enthalten die Hohlräume der MOFs Katalysatoren, die giftige Chemikalien, Viren und Bakterien deaktivieren können. Das poröse Nanomaterial lässt sich leicht auf Textilfasern auftragen.

Die Studie wurde kürzlich im Journal of the American Chemical Society (JACS) veröffentlicht.

Die Forscher fanden heraus, dass der MOF-Faser-Verbundstoff eine schnelle Aktivität gegen SARS-CoV-2 und sowohl gegen gram-negative (E. coli) als auch gram-positive Bakterien (S. aureus) aufweist. Außerdem baute das mit aktivem Chlor beladene MOF/Faser-Komposit schnell Schwefel-Senfgas und sein chemisches Simulanzmittel (2-Chlorethylethylsulfid, CEES) ab. Die Nanoporen des auf das Textil aufgebrachten MOF-Materials sind weit genug, um Schweiß und Wasser entweichen zu lassen.

Das Kompositmaterial ist skalierbar, so Farha weiter, da es nur grundlegende Textilverarbeitungsgeräte benötigt, die derzeit in der Industrie verwendet werden. Wird das Material in eine Gesichtsmaske eingearbeitet, sollte es in beide Richtungen wirken können: Es schützt den Maskenträger vor Viren in seiner Umgebung und schützt auch Personen, die mit einer infizierten Person, die die Maske trägt, in Kontakt kommen.

Den Forschern ist es außerdem gelungen, die aktiven Stellen des Materials bis auf atomarer Ebene zu verstehen. Dies ermöglicht es ihnen und anderen, Struktur-Eigenschafts-Beziehungen abzuleiten, die zur Herstellung anderer MOF-basierter Verbundstoffe führen können.

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