En forskargrupp från Northwestern University har utvecklat ett mångsidigt komposittyg som kan avaktivera både biologiska hot, som det nya coronaviruset som orsakar covid-19, och kemiska hot, som de som används i kemisk krigföring. Ett material som är effektivt mot båda klasserna av hot är sällsynt.

Materialet är också återanvändbart. Det kan återställas till sitt ursprungliga tillstånd efter att tyget har utsatts för hot genom en enkel blekningsbehandling. Det lovande tyget skulle kunna användas i ansiktsmasker och andra skyddskläder.

"Att ha ett bifunktionellt material som har förmågan att deaktivera både kemiska och biologiska giftiga ämnen är avgörande eftersom komplexiteten att integrera flera material för att göra jobbet är hög, " sa Northwesterns Omar Farha, en expert på metallorganiska ramverk, eller MOF, som ligger till grund för tekniken.

Farha, professor i kemi vid Weinberg College of Arts and Sciences, är en medförfattare till studien. Han är medlem i Northwesterns International Institute for Nanotechnology.

MOF/fiberkompositen bygger på en tidigare studie där Farhas team skapade ett nanomaterial som inaktiverar giftiga nervämnen. Med några små manipulationer, forskarna kunde även införliva antivirala och antibakteriella medel i materialet.

MOF är "sofistikerade badsvampar, " sa Farha. Materialen i nanostorlek är designade med många hål som kan fånga upp gaser, ångor och andra ämnen på det sätt som en svamp fångar upp vatten. I det nya komposittyget, MOF:s hålrum har katalysatorer som kan deaktivera giftiga kemikalier, virus och bakterier. Det porösa nanomaterialet kan enkelt beläggas på textilfibrer.

Studien publicerades nyligen i Journal of the American Chemical Society ( JACS ).

Forskarna fann att MOF/fiberkompositen uppvisade snabb aktivitet mot SARS-CoV-2 och både gramnegativa bakterier (E. coli) och grampositiva bakterier (S. aureus). Också, den aktiva klorladdade MOF/fiberkompositen snabbt nedbruten svavelsenapsgas och dess kemiska simulator (2-kloretyletylsulfid, CEES). Nanoporerna i MOF-materialet som är belagt på textilen är tillräckligt breda för att svett och vatten ska kunna rinna ut.

Kompositmaterialet är skalbart, Farha lade till, eftersom det bara kräver grundläggande textilbearbetningsutrustning som för närvarande används av industrin. När den ingår i en ansiktsmask, materialet ska kunna fungera åt båda hållen:skydda maskbäraren från virus i hans eller hennes närhet samt skydda individer som kommer i kontakt med en smittad person som bär masken.

Forskarna kunde också utveckla en förståelse för materialets aktiva platser ner till atomnivå. Detta tillåter dem och andra att härleda struktur-egenskapsrelationer som kan leda till skapandet av andra MOF-baserade kompositer.

Titeln på uppsatsen är "Immobilized Regenerable Active Chlorine in a Zirconium-Based MOF Textile Composite to Eliminate Biological and Chemical Threats." Yuk Ha Cheung från Hong Kong Polytechnic University och Kaikai Ma från Northwestern University är första författare till uppsatsen. Ma är också en medförfattare.