En investigaciones que podrían conducir a mejores filtros de máscara de gas, Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) han estado poniendo el foco de rayos X en los materiales compuestos en los respiradores utilizados por los militares. policía, y socorristas, y los resultados han sido alentadores. Lo que están aprendiendo no solo proporciona noticias tranquilizadoras sobre la efectividad de los filtros actuales para proteger a las personas de compuestos letales como el VX y el sarín, pero también proporcionan información fundamental que podría conducir a máscaras de gas más avanzadas, así como equipos de protección para aplicaciones civiles.

El proyecto en Berkeley Lab está dirigido por Hendrik Bluhm, un científico de planta superior con nombramientos conjuntos en la División de Ciencias Químicas y la Fuente de Luz Avanzada (ALS). En su equipo hay dos investigadores postdoctorales de la División de Ciencias Químicas, Lena Trotochaud y Ashley Head. El equipo de Berkeley Lab es parte de una colaboración más amplia que incluye investigadores de la Universidad de Maryland en College Park, Universidad Johns Hopkins, y el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU.

Los investigadores señalaron que estudiar cómo interactúan los óxidos metálicos con pequeños organofosforados podría ser relevante más allá de las máscaras de gas utilizadas por los militares y los servicios de emergencia. El trabajo que están haciendo podría tener aplicaciones en tecnologías de detección. Además, Las formas menos potentes de organofosforados se utilizan ampliamente como pesticidas y herbicidas. por lo que los hallazgos podrían ayudar a la industria agrícola y a los científicos ambientales a comprender qué sucede eventualmente con estas sustancias después de que se liberan al medio ambiente.

"Este es un proyecto en el que estamos trabajando para ayudar a salvar vidas, ", dijo Trotochaud." Eso es muy satisfactorio ".

Para la cabeza, el proyecto proporcionó un tema de conversación particularmente relevante en las reuniones familiares.

"Mi cuñada está en la Fuerza Aérea, "dijo Head." Le estaba contando lo que hago, y ella dijo, 'Cuando estoy desplegado, Consigo una máscara de gas. ¿Funciona?' Les cuenta a sus colegas en lo que estoy trabajando. Gran parte de lo que hacemos en ciencia básica está muy lejos de ser una aplicación. Si bien nuestro trabajo sigue siendo fundamental, Ahora puedo decirle a mi familia lo que estoy haciendo y realmente lo entenderán ".

¿Funcionan las máscaras?

Los filtros de máscara de gas actuales contrarrestan las amenazas actuales, pero existen grandes lagunas en el conocimiento sobre cómo lo hacen a nivel molecular, dijeron los investigadores. La pregunta surge porque muchos de los filtros se desarrollaron para manejar una amplia gama de amenazas químicas en constante cambio y para funcionar en una variedad de condiciones diferentes en todo el mundo. Durante la Primera Guerra Mundial, Los agentes de guerra química eran predominantemente cloro y gases mostaza.

Desde entonces, una nueva clase de arma química entró en escena. Sarín y agente venenoso X, o VX, son agentes nerviosos llamados así porque interfieren con la capacidad del sistema nervioso para comunicarse con los músculos, incluidos los que controlan la respiración. Los materiales que se utilizan actualmente en los filtros de las máscaras de gas proporcionan una protección eficaz contra todos estos compuestos, a pesar de las muy diferentes propiedades químicas de los gases.

Los filtros de máscara de gas incluyen carbón activado, una familia de absorbentes que atrapan toxinas en millones de microporos. Es el mismo compuesto que se usa para filtrar el agua y tratar la ingestión de venenos. El carbón activado atrapa las toxinas, pero en las máscaras de gas se aumenta aún más con óxidos metálicos, como el cobre y el molibdeno, para ayudar a descomponer las toxinas.

"Aunque los primeros filtros de máscara de gas se desarrollaron antes de que surgieran estos nuevos agentes nerviosos, los filtros actuales son efectivos para capturarlos, y también parecen ser buenos para descomponerlos, pero todavía tenemos algunas preguntas sobre la química de este proceso, ", dijo Trotochaud." Sabemos que funciona, pero no siempre sabemos cómo falla. Sabemos que los filtros a veces dejan de funcionar después de un tiempo cuando se exponen a estos compuestos organofosforados, así que la química de cómo se desactiva el material después de la exposición a estos agentes es una gran parte de lo que estamos estudiando ".

Los investigadores del laboratorio de Berkeley se enfocaron en dos óxidos metálicos, el óxido de molibdeno y el óxido de cobre, que son componentes de trabajo clave en los filtros de máscara de gas. Para simular las pequeñas moléculas organofosforadas de sarín y VX, los investigadores trabajaron con metilfosfonato de dimetilo (DMMP), un proxy establecido para el sarín con grupos funcionales similares pero una toxicidad significativamente menor.

El objetivo es comprender mejor las interacciones moleculares que se producen cuando los materiales del filtro de la máscara de gas adsorben varios gases, y las condiciones ambientales:contaminación del aire, escape de combustible diesel, agua - que podría alterar el rendimiento y la vida útil, para que se puedan desarrollar materiales incluso mejores.

"Gran parte de nuestro trabajo inicial se centró en la caracterización, "dijo Bluhm, investigador principal del proyecto. "Había muchos detalles que resolver. ¿Qué hace exactamente el óxido de cobre? ¿Qué hace el óxido de molibdeno? ¿Por qué uno se comporta de manera diferente al otro? Comprender dónde están las diferencias puede hacer que estos materiales de filtración sean potencialmente mucho más eficientes".

Los efectos del vapor de agua fueron de particular interés debido a cómo se utilizan las máscaras, señaló Bluhm.

"Es una máscara de filtración que se coloca frente a nuestras bocas, por lo que hay mucha humedad cuando respiramos, ", dijo." Entre los hallazgos publicados de nuestro proyecto está que el vapor de agua parece ser neutral o incluso beneficioso para el rendimiento de los materiales ".

Esto se informó en un estudio de 2016, que descubrió que la exposición al agua activaba la superficie compuesta de una manera que facilitaba la unión de la molécula de DMMP, reduciendo la energía necesaria para descomponer la molécula.