Em pesquisas que podem levar a melhores filtros de máscara de gás, cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) têm colocado os holofotes de raios-X em materiais compostos em respiradores usados ​​pelos militares, polícia, e primeiros respondentes, e os resultados têm sido encorajadores. O que eles estão aprendendo não só fornece notícias tranquilizadoras sobre a eficácia dos filtros atuais em proteger as pessoas de compostos letais, como VX e sarin, mas também fornecem informações fundamentais que podem levar a máscaras de gás mais avançadas, bem como equipamentos de proteção para aplicações civis.

O projeto do Berkeley Lab é liderado por Hendrik Bluhm, um cientista sênior da equipe com nomeações conjuntas na Divisão de Ciências Químicas e na Fonte de Luz Avançada (ALS). Em sua equipe estão dois pesquisadores de pós-doutorado na Divisão de Ciências Químicas, Lena Trotochaud e Ashley Head. A equipe do Berkeley Lab faz parte de uma colaboração maior que inclui pesquisadores da Universidade de Maryland em College Park, Universidade Johns Hopkins, e o Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA.

Os pesquisadores apontaram que estudar como os óxidos de metal interagem com pequenos organofosforados pode ser relevante além das máscaras de gás usadas pelos militares e equipes de emergência. O trabalho que estão fazendo pode ter aplicações em tecnologias de detecção. Além disso, formas menos potentes de organofosforados são amplamente utilizadas como pesticidas e herbicidas, portanto, as descobertas podem ajudar a indústria agrícola e os cientistas ambientais a entender o que acontece com essas substâncias depois que são liberadas no meio ambiente.

“Este é um projeto em que estamos trabalhando para ajudar a salvar vidas, "disse Trotochaud." Isso é muito gratificante.

Para a cabeça, o projeto forneceu um tópico de conversa particularmente relevante em reuniões familiares.

"Minha cunhada está na Força Aérea, "disse o chefe." Eu estava dizendo a ela o que eu faço, e ela disse, 'Quando eu for implantado, Eu pego uma máscara de gás. Funciona?' Ela conta aos colegas o que estou fazendo. Muito do que fazemos na ciência básica está longe de ser um aplicativo. Embora nosso trabalho ainda seja fundamental, Agora posso contar a minha familia o que estou fazendo, e eles realmente entenderão. "

As máscaras funcionam?

Os filtros de máscara de gás atuais se opõem às ameaças atuais, mas existem grandes lacunas no conhecimento sobre como eles fazem isso no nível molecular, disseram os pesquisadores. A questão surge porque muitos dos filtros foram desenvolvidos para lidar com uma ampla gama de ameaças químicas em constante mudança e para funcionar sob uma variedade de condições diferentes em todo o mundo. Durante a Primeira Guerra Mundial, os agentes de guerra química eram predominantemente gases de cloro e mostarda.

Desde então, uma nova classe de arma química entrou em cena. Sarin e agente venenoso X, ou VX, são agentes nervosos assim chamados porque interferem na capacidade do sistema nervoso de se comunicar com os músculos, incluindo aqueles que controlam a respiração. Os materiais atuais usados ​​em filtros de máscara de gás fornecem proteção eficaz contra todos esses compostos, apesar das propriedades químicas muito diferentes dos gases.

Filtros de máscara de gás incluem carvão ativado, uma família de absorventes que retêm toxinas em milhões de microporos. É o mesmo composto usado para filtrar a água e tratar a ingestão de venenos. O carvão ativado captura as toxinas, mas em máscaras de gás é ainda mais aumentado com óxidos de metal, como cobre e molibdênio, para ajudar a quebrar as toxinas.

"Mesmo que os primeiros filtros de máscara de gás tenham sido desenvolvidos antes do surgimento desses novos agentes nervosos, os filtros atuais são eficazes em capturá-los, e eles também parecem ser bons em quebrá-los, mas ainda temos algumas dúvidas sobre a química desse processo, "disse Trotochaud." Nós sabemos que funciona, mas nem sempre sabemos como isso falha. Sabemos que os filtros às vezes param de funcionar depois de um tempo quando expostos a esses compostos organofosforados, portanto, a química de como o material é desativado após a exposição a esses agentes é uma grande parte do que estamos estudando. "

Os pesquisadores do Berkeley Lab apontaram dois óxidos de metal - óxido de molibdênio e óxido de cobre - que são os principais componentes de trabalho em filtros de máscara de gás. Para simular as pequenas moléculas de organofosforado de sarin e VX, os pesquisadores trabalharam com dimetil metilfosfonato (DMMP), um proxy estabelecido para sarin com grupos funcionais semelhantes, mas toxicidade significativamente inferior.

O objetivo é compreender melhor as interações moleculares que ocorrem à medida que vários gases são adsorvidos pelos materiais do filtro da máscara de gás, e as condições ambientais - poluição do ar, exaustão de combustível diesel, água - que pode alterar o desempenho e a vida útil, assim, materiais ainda melhores podem ser desenvolvidos.

"Muito do nosso trabalho inicial focou na caracterização, "disse Bluhm, investigador principal do projeto. "Havia muitos detalhes a serem resolvidos. O que exatamente o óxido de cobre faz? O que o óxido de molibdênio faz? Por que um se comporta de maneira diferente do outro? Entender onde estão as diferenças pode tornar esses materiais de filtração potencialmente muito mais eficientes."

Os efeitos do vapor de água foram de particular interesse devido à forma como as máscaras são usadas, observou Bluhm.

"É uma máscara de filtragem que fica na frente de nossas bocas, portanto, há alta umidade quando respiramos nela, “Entre as descobertas publicadas de nosso projeto está que o vapor d'água parece ser neutro ou mesmo benéfico para o desempenho dos materiais”.

Isso foi relatado em um estudo de 2016, que descobriu que a exposição à água ativou a superfície do compósito de uma forma que facilitou a ligação da molécula de DMMP, diminuindo a energia necessária para quebrar a molécula.