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  • La segunda piel protege contra los productos químicos, agentes biologicos

    El mecanismo de protección inteligente de las membranas de nanotubos sensibles contra las amenazas ambientales. El colapso de las cadenas de polímero que actúan sobre la superficie de la membrana contaminada evita que agentes nerviosos como el sarín entren en los poros de SWCNT. En un ambiente seguro, las cadenas poliméricas sensibles permanecen extendidas y permiten un rápido transporte de vapor de agua, confiriendo así una alta transpirabilidad al material de la membrana. Crédito:Ryan Chen / LLNL

    Eventos recientes como la pandemia de COVID-19 y el uso de armas químicas en el conflicto de Siria han proporcionado un claro recordatorio de la plétora de amenazas químicas y biológicas que los soldados, el personal médico y los socorristas se enfrentan durante las operaciones de rutina y de emergencia.

    La seguridad del personal se basa en equipos de protección que, Desafortunadamente, todavía deja mucho que desear. Por ejemplo, alta transpirabilidad (es decir, la transferencia de vapor de agua del cuerpo del usuario al mundo exterior) es fundamental en los uniformes militares de protección para evitar el estrés por calor y el agotamiento cuando los soldados participan en misiones en entornos contaminados. Los mismos materiales (adsorbentes o capas de barrera) que brindan protección en las prendas actuales también inhiben negativamente la transpiración.

    Para hacer frente a estos desafíos, un equipo multiinstitucional de investigadores dirigido por el científico del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), Francesco Fornasiero, ha desarrollado un tejido transpirable diseñado para proteger al usuario contra agentes de guerra biológica y química. El material de este tipo también podría usarse en entornos clínicos y médicos. El trabajo fue publicado recientemente en línea en Materiales funcionales avanzados y representa la finalización exitosa de la Fase I del proyecto, que está financiado por la Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa a través de Dynamic Multifunctional Materials for a Second Skin "D [MS] 2 "programa.

    "Demostramos un material inteligente que es a la vez transpirable y protector al combinar con éxito dos elementos clave:una capa de membrana base que comprende billones de poros de nanotubos de carbono alineados y una capa de polímero que responde a las amenazas injertada en la superficie de la membrana, "Dijo Fornasiero.

    Estos nanotubos de carbono (cilindros de grafito con diámetros superiores a 5, 000 veces más pequeño que un cabello humano) podrían transportar fácilmente moléculas de agua a través de su interior al tiempo que bloquean todas las amenazas biológicas, que no puede pasar por los poros diminutos. Este hallazgo clave se publicó anteriormente en Materiales avanzados .

    A la izquierda un ejemplo de laminado de tres capas que imita una prenda militar protectora y que consta de una capa exterior de nailon / algodón con un patrón de camuflaje, una capa intermedia de membrana protectora de nanotubos de carbono, y un forro de confort de algodón. A la derecha, una representación esquemática del mecanismo de respuesta de la membrana a los estímulos químicos ambientales, en el que el colapso de las cadenas de polímero actuantes injertadas en la superficie de la membrana evita que agentes nerviosos como el sarín entren en los poros de la membrana. Crédito:Laboratorio Nacional Lawrence Livermore

    El equipo ha demostrado que la tasa de transporte de vapor de humedad a través de los nanotubos de carbono aumenta con la disminución del diámetro del tubo y, para los tamaños de poros más pequeños considerados en el estudio, es tan rápido que se aproxima a lo que se mediría en la fase gaseosa a granel. Esta tendencia es sorprendente e implica que los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT), como poros conductores de humedad, superan una compensación limitante de transpirabilidad / protección que muestran los materiales porosos convencionales. según Fornasiero. Por lo tanto, La selectividad de tamizado por tamaño y la permeabilidad al vapor de agua se pueden mejorar simultáneamente disminuyendo los diámetros de SWCNT.

    Al contrario de los agentes biológicos, Las amenazas químicas son más pequeñas y pueden atravesar los poros de los nanotubos. Para agregar protección contra peligros químicos, se hace crecer una capa de cadenas de polímero en la superficie del material, que colapsa reversiblemente en contacto con la amenaza, bloqueando así temporalmente los poros.

    "Esta capa dinámica permite que el material sea 'inteligente' ya que brinda protección solo cuando y donde se necesita, "dijo Timothy Swager, un colaborador del Instituto de Tecnología de Massachusetts que desarrolló el polímero sensible. Estos polímeros fueron diseñados para pasar de un estado extendido a un colapso en contacto con amenazas de organofosforados. como el sarín. "Confirmamos que tanto los simuladores como los agentes activos activan el cambio de volumen deseado, "Añadió Swager.

    El equipo demostró que las membranas sensibles tienen suficiente transpirabilidad en su estado de poro abierto para cumplir con los requisitos del patrocinador. En el estado cerrado la penetración de la amenaza a través del material se reduce drásticamente en dos órdenes de magnitud. Se espera que la transpirabilidad demostrada y las propiedades de protección inteligente de este material se traduzcan en una comodidad térmica significativamente mejorada para el usuario y permitan extender en gran medida el tiempo de uso de los equipos de protección. ya sea en un hospital o en un campo de batalla.

    "La seguridad de los combatientes, El personal médico y los socorristas durante operaciones prolongadas en entornos peligrosos dependen de equipos de protección personal que no solo protegen, sino que también pueden respirar. "dijo Kendra McCoy, el director del programa DTRA que supervisa el proyecto. "El programa DTRA Second Skin está diseñado para abordar esta necesidad apoyando el desarrollo de nuevos materiales que se adapten de forma autónoma al medio ambiente y maximicen tanto la comodidad como la protección durante muchas horas".

    En la siguiente fase del proyecto, el equipo tendrá como objetivo incorporar protección a pedido contra amenazas químicas adicionales y hacer que el material se estire para un mejor ajuste al cuerpo, imitando así más de cerca la piel humana.


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