根據一個研究團隊介紹,有一天,帶有自愈涂層的紡織品制成的化學防護服,這層薄膜可以防止農民接觸到有機磷酸酯農藥,在化學或生物襲擊戰場上保護士兵,讓工廠工人不受有毒物質意外泄露的傷害。
“時尚設計師所用的由蛋白質制成的天然纖維,如羊毛或絲綢,價格昂貴而且它們沒有自愈能力,”工程科學與力學系教授梅利克C.德米雷爾說。“我們正在尋找一種方法,讓傳統紡織品具有自愈能力。因此,我們開發了這項涂層技術。”
程序很簡單。將要涂覆的材料浸在一系列液體中,以創建一個材料層,形成一個自我修復,聚電解質的逐層涂覆涂層。
該涂料被置于“安全溶劑的環境條件下,如水中,利用的設備簡單、規模適中,具有成本低的特點,”研究報告發表在今日(7月25日)出版的ACS應用材料和界面網絡版上。
聚電解質涂層是由帶正電荷的和帶負電荷的聚合物組成的,在這種情況下,聚合物像那些魷魚的蛋白一樣。
“目前,我們將整件衣服覆蓋涂層,創造出先進的材料,”德米雷爾說,他也是哈克生命科學學院的研究人員。
在涂層過程中,酶將被注入涂層中。研究人員使用了尿素酶,這種酶能夠將尿素分解成氨和二氧化碳,但是在商業應用上,涂層中會加入為其量身定制的酶(這種酶與特定的化學目標相匹配)。
“如果你需要利用酶的生物或化學作用,你可以將具有自愈特性的酶封裝在膠囊中,在有毒物質接觸皮膚之前就將它降解,”德米雷爾說。
許多有毒物質可以通過皮膚吸收。例如,有機磷酸酯農藥,作為除草劑和殺蟲劑,如果被皮膚吸收,可能導致致命的后果。一些化學物質也被用作神經制劑。涂有自愈膜(自愈膜中含有有機磷水解酶,這是能夠分解有毒物質的一種酶,)的服裝,可以降低對人的危害。聚合物在水中能夠自愈,洗滌衣服的時候會修復涂層的宏觀和微觀缺陷,使衣物可以重新加以利用。
“涂層非常薄,小于一微米,如果日常穿著不會引起別人注意,”德米雷爾說。“即使非常輕薄,它們也增加了材料的整體強度。”
對于危險化學品的制造環境尤為必要,與適當的酶結合的涂層服裝,可以防止意外的化學泄露。這些涂層將來在醫療上的應用,也可以幫助患者減少感染快速康復。
“這是我們首次制造自愈紡織品”德米雷爾說。
賓夕法尼亞州立大學電氣工程和材料研究所附屬公司的Srinivas Tadigadapa教授;生物工程研究生戴維 加德斯;以及工程科學和力學專業研究生Huihun Jung和Abdon Pena-Francesch也參與了這個項目的研究。
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