nbsprotВестник войск РХБ защитыJournal of NBC Protection Corps2587-57283034-279127 Научный центр10.35825/2587-5728-2021-5-2-165-172mvuojdnbsprot-85Research ArticleОБЩИЕ ВОПРОСЫ РХБ ЗАЩИТЫ ВОЙСК И НАСЕЛЕНИЯGENERAL ISSUES OF CBRN PROTECTION FOR ARMED FORCES AND CIVILIAN POPULATIONИспользование модульности как принципа построения материалов на основе металлорганических каркасных структур с заданными свойствами для создания современных средств защитыUse of Modularity as a Principle of Design of Metal-organic Framework-based Materials with Specified Properties for Creating Modern Protective EquipmentЗавьяловВ. В.ZavyalovV. V.

Завьялов Василий Владимирович. Старший научный сотрудник, канд. хим. наук, проф. АВН, член научного коллектива, выполняющего грант.

г. Москва, Бригадирский пер., д. 13

Vasily Vladimirovich Zavyalov. Senior Researcher. Candidate of Chemical Sciences. Professor of the Academy of Military Sciences

Brigadirskii Lane 13, Moscow 105005

ЗавьяловаН. В.ZavyalovaN. V.

Завьялова Наталья Васильевна. Главный научный сотрудник, д-р. биол. наук, проф., академик АВН, руководитель научного коллектива, выполняющего грант.

г. Москва, Бригадирский пер., д. 13

Natalya Vasilyevna Zavyalova. Leading Researcher. Doctor of Biological Sciences, Professor. Academician of the Academy of Military Sciences

Brigadirskii Lane 13, Moscow 105005

27nc_1@mil.ruХолстовВ. И.KholstovV. I.

Холстов Виктор Иванович. Член дис. совета на базе 27 НЦ МО РФ, д-р хим. наук, проф., почетный химик РФ, акад. РАЕН и АВН, член-корр. РАР и АН

г. Москва, Бригадирский пер., д. 13

Viktor Ivanovich Kholstov. Member of the Dissertation Council of the «27 Scientific Centre» of the Ministry of Defence of the Russian Federation. Doctor of Chemical Sciences, Professor. Honored Chemist of the Russian

Brigadirskii Lane 13, Moscow 105005

КовтунВ. А.KovtunV. A.

г. Москва, Бригадирский пер., д. 13

Brigadirskii Lane 13, Moscow 105005

ГореленковВ. К.GorelenkovV. K.

Гореленков Валентин Константинович. Ведущий научный сотрудник, д-р хим. наук, проф., член научного коллектива, выполняющего грант.

111024, г. Москва, Перовский проезд, д. 2, стр. 1

Valentin Konstantinovich Gorelenkov. Leading Researcher. Doctor of Chemical Sciences, Professor

Perovsky Passage 2, Moscow 111024

ФроловГ. А.FrolovG. A.

Фролов Георгий Александрович. Доцент кафедры, канд. хим. наук, доцент, член научного коллектива,выполняющего грант

119049, г. Москва, Ленинский проспект, д. 4

George Alexandrovich Frolov. Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor

Leninsky Avenue 4, Moscow 119049,

Федеральное государственное бюджетное учреждение «27 Научный центр» Министерства обороны Российской ФедерацииРоссияFederal State Budgetary Establishment «27 Scientific Centre» of the Ministry of Defence of the Russian FederatioRussian FederationООО «Научно-исследовательский институт эластомерных материалов и изделий»РоссияLimited Liability Company «Scientific Research Institute of Elastomer Materials and Products»Russian FederationНИПУ стали и сплавовРоссияNational University of Science and Technology MISISRussian Federation20210706202352165172Copyright © Завьялов В.В., Завьялова Н.В., Холстов В.И., Ковтун В.А., Гореленков В.К., Фролов Г.А., 20232023Завьялов В.В., Завьялова Н.В., Холстов В.И., Ковтун В.А., Гореленков В.К., Фролов Г.А.Zavyalov V.V., Zavyalova N.V., Kholstov V.I., Kovtun V.A., Gorelenkov V.K., Frolov G.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nbsprot.ru/jour/article/view/85

Проведенный ранее анализ известных из научной литературы подходов к созданию и совершенствованию защитных материалов и тканей позволил предположить, что разработка средств индивидуальной защиты (СИЗ) человека от различных поражающих факторов химической, биологической и физической природы в дальнейшем может идти в направлении создания модульных металлоорганических каркасных структур (МОК-материалов) с заданными свойствами (от токсичных химикатов и патогенных микроорганизмов). Цель работы – разработка и раскрытие принципа модульности построения защитных материалов на основе МОК-структур с заданными свойствами. Предлагаемый нами принцип модульности построения защитных материалов с заданными свойствами заключается в использовании единой тканевой унифицированной платформы, на поверхность которой наносятся специальные модули или комбинации модулей, которые обеспечивают защиту человека от различных факторов химической, биологической и физической природы. Обоснована универсальная структура МОК с наиболее насыщенной по количеству модулей и вводимых в них компонентов, получившая название «МОК – универсальный». Определены – состав и свойства отдельных модулей, возможные и оптимальные комбинации модулей МОК-структур, важность и значение отдельных модулей и их комбинаций для придания МОК-материалу универсальных защитных свойств. Использование данного принципа позволит придать защитные свойства практически любой одежде, сохранив ее физиолого-гигиенические характеристики и обеспечив требуемый уровень защиты личного состава, не прибегая к использованию специализированных средств индивидуальной защиты изолирующего типа, обладающих высоким изнуряющим действием и сковывающим эффектом.

An earlier analysis of approaches to the creation and improvement of protective materials and tissues made it possible to assume that the development of personal protective equipment (PPE) against various damaging factors of chemical, biological and physical nature can in future go towards the creation of modular organometallic frame structures (MOF-materials) with specific properties (from toxic chemicals and pathogenic microorganisms). The aim of this article is to develop and disclose the principle of modularity of construction of protective materials based on MOF-structures with specific properties. The principle of modularity of construction of protective materials with specific properties, proposed by us, is based on the use of single unified platform, on the surface of which special modules or combinations of modules are applied, which ensure the protection from various factors of chemical, biological and physical nature. The universal structure of MOF, called «MOF-universal», has been substantiated. The composition and properties of individual modules, possible and optimal combinations of modules of MOF-structures, the importance and significance of individual modules and their combinations for imparting universal protective properties to MOF-material are determined. The use of this principle will make it possible to impart protective properties to almost any clothing, while maintaining its physiological and hygienic characteristics and providing the required level of protection for personnel, without using specialized personal protective equipment.

бактерицидность и вирулицидностьбиомолекулы в металлорганических каркасахзащитные материалы и тканикомпозиты «биомолекулы-MOК»металлоорганические комплексы с заданными свойствамиметаллоорганические комплексымодульные МОК-материалыпринцип модульностиспецифические свойствасамоочищение (самодегазация)bactericidal and virulicidal actionbiomolecules in metal-organic frameworksprotective materials and fabricsbiomolecules/MOF compositesorganometallic complexes with desired propertiesorganometallic complexesmodular MOF materialsmodularity principlespecific propertiesself-degassingReferencesTeiler Derden. https://www.zerohedge.com/geopolitical/flir-darpa-contract-develop-next-gencombatsuits-biowarfare от 13 апреля 2021 г.Kopylov V.M., Khananashvili L.1. Teiler Derden. https://www.zerohedge.com/geopolitical/flir-darpa-contract-develop-next-gencombatsuits-biowarfare от 13 апреля 2021 г.Фосфорорганические нейротоксины: монография / под ред. С.Д. Варфоломеева и Е.Н. Ефременко, РИОР, Москва, 2020 - 380 с. ISBN: 978-5-369-02026-5. https://doi.org/10.29039/02026-5Organophosphorus Neurotoxins: monograph / Eds. Professor S.D. Varfolomeev, Professor E.N. Efremenko. Мoscow: RIOR, 2020. 380 p. ISBN: 978-5-369-02026-5. https://doi.org/10.29039/02026-5Завьялов В.В., Кужелко С.В., Завьялова Н.В., Ковтун В.А., Холстов В.И., Таранченко Ю.Ф., Сластилова Л.М., Ефременко Е.Н., Сенькилёв А.П. Современные направления создания новых защитных материалов и тканей для средств индивидуальной и коллективной защиты от токсичных химикатов и клеток патогенов // Вестник войск РХБ защиты. 2019. Т. 3. № 3. С. 117–148.Zavialov V.V., Kujelko S.V., Zavialova N.V., Kovtun V.A., Kholstov V.I., Taranchenko Yu.F., Slastilova L.M., Efremenko E.N., Sin’ keliov A.P. Modern Directions of Creating New Protective Materials and Tissues For Means of Individual and Collective Protection Against Toxic Chemicals and Pathogenic Microorganisms // Journal of NBC Protection Corps. 2019. V. 3. No 3. P. 217–254. https://doi.org/10.358.25/2587-5728-2019-3-3-217-254Soldier systems technology roadmap / Сapstone report and action plan / Supporting the future soldier supporting Canadian industry. Government of Canada. https://www.defenceandsecurity.ca/UserFiles/Uploads/publication/reports/files/document-10pdf (дата обращения: 25.12.2018).Soldier systems technology roadmap / Сapstone report and action plan / Supporting the future soldier supporting Canadian industry. Government of Canada. https://www.defenceandsecurity.ca/UserFiles/Uploads/publication/reports/files/document-10pdf (дата обращения: 25.12.2018).Sloter L. Overview of nanotechnology & nanomanufacturing within the Department of defense. American Vacuum Society International Symposium and Exhibition Baltimore, Maryland. USA. 2014. URL: https://avs.org/AVS/files/d3/d388692a-70b1-472dbec6-44df3b06126e.pdfSloter L. Overview of nanotechnology & nanomanufacturing within the Department of defense. American Vacuum Society International Symposium and Exhibition Baltimore, Maryland. USA. 2014. URL: https://avs.org/AVS/files/d3/d388692a-70b1-472dbec6-44df3b06126e.pdfTomar S. Nanotechnology: the emerging field for future military applications. IDSA Monograph Series No. 48. 2015. ISBN: 978-93-82169-58-1.Tomar S. Nanotechnology: the emerging field for future military applications. IDSA Monograph Series No. 48. 2015. ISBN: 978-93-82169-58-1.An H., Li M., Gao J., Zhenjie Z., Ma S., Chen Y. Incorporation of biomolecules in metal-organic frameworks for advanced applications // Coordination Chemistry Reviews. 2019. V. 384. P. 90–106.An H., Li M., Gao J., Zhenjie Z., Ma S., Chen Y. Incorporation of biomolecules in metal-organic frameworks for advanced applications // Coordination Chemistry Reviews. 2019. V. 384. P. 90–106.Li M., Dan Li D., O’Keeffe M., Yaghi O.M. Topological analysis of metal−organic frameworks with polytopic linkers and/or multiple building units and the minimal transitivity principle // Chem. Rev. 2014. V. 114. P. 1343–1370.Li M., Dan Li D., O’Keeffe M., Yaghi O.M. Topological analysis of metal−organic frameworks with polytopic linkers and/or multiple building units and the minimal transitivity principle // Chem. Rev. 2014. V. 114. P. 1343–1370.Bobbitt N.S., Mendonca M.L., Howarth A.J., et al. Metal-organic frameworks for removal of toxic industrial chemicals and chemical warfare agents // Chem. Soc. Rev. 2017. V. 46. P. 3357–3385.Bobbitt N.S., Mendonca M.L., Howarth A.J., et al. Metal-organic frameworks for removal of toxic industrial chemicals and chemical warfare agents // Chem. Soc. Rev. 2017. V. 46. P. 3357–3385.Gutov O.V., Bury W., Gomez-Gualdron D.A., et al. A highly stable zirconium-based metal-organic framework material with high surface area and gas storage capacities // Chemistry A. European J. 2014. V. 20. P. 12389–12393.Gutov O.V., Bury W., Gomez-Gualdron D.A., et al. A highly stable zirconium-based metal-organic framework material with high surface area and gas storage capacities // Chemistry A. European J. 2014. V. 20. P. 12389–12393.Furukawa H., Cordova K.E., O’Keeffe M., Yaghi O.M. The Chemistry and Applications of Metal−Organic Frameworks // Science. 2013. V. 341. № 6149. P. 12340444. https://doi.org/10.11265/science.1230444Furukawa H., Cordova K.E., O’Keeffe M., Yaghi O.M. The Chemistry and Applications of MetalOrganic Frameworks // Science. 2013. V. 341. № 6149. P. 12340444. https://doi.org/10.11265/science.1230444Howarth A.J., Liu Y., Li P. et al. Chemical, thermal and mechanical stabilities of metal−organic fameworks // Nat. Rev. Mater. 2016. V. 1. P. 15018.Howarth A.J., Liu Y., Li P. et al. Chemical, thermal and mechanical stabilities of metal−organic fameworks // Nat. Rev. Mater. 2016. V. 1. P. 15018.De Coste J.B., Peterson G.W. Metal−organic fameworks for air purification of toxic chemicals // Chem. Rev. 2014. V. 114. № 11. P. 5695–5727.De Coste J.B., Peterson G.W. Metal−organic fameworks for air purification of toxic chemicals // Chem. Rev. 2014. V. 114. № 11. P. 5695–5727.Lopes-Maya E., Montoro C., RodriguesAlbelo L.M. et al. Textile/ metal–organic-framework composites as self-detoxifying filters for chemicalwarfare agents // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2015. V. 54. № 23. P. 6790–6794.Lopes-Maya E., Montoro C., RodriguesAlbelo L.M. et al. Textile/ metal–organic-framework composites as self-detoxifying filters for chemicalwarfare agents // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2015. V. 54. № 23. P. 6790–6794.Moon S-Y., Liu Y., Hupp J.T., Farha O.K. Instantaneous hydrolysis of nerve-agent smulants with a six-connected zirconium-based metal–organic famework // Angew. Chem. Int. Ed. Emgl. 2015. V. 54. № 23. P. 6795–6799.Moon S-Y., Liu Y., Hupp J.T., Farha O.K. Instantaneous hydrolysis of nerve-agent smulants with a six-connected zirconium-based metal–organic famework // Angew. Chem. Int. Ed. Emgl. 2015. V. 54. № 23. P. 6795–6799.Vemuri R.S., Armatis P.D., Bontha J.R., McGrail B.P., Motkuri R.K. An overview of detection and neutralization of chemical warfare agents using metal organic frameworks // J. Bioterror. Biodef. 2015. V. 6. № 3. https://doi.org/10.4172/2157-2526.1000137Vemuri R.S., Armatis P.D., Bontha J.R., McGrail B.P., Motkuri R.K.. An overview of detection and neutralization of chemical warfare agents using metal organic frameworks // J. Bioterror. Biodef. 2015. V. 6. № 3. https://doi.org/10.4172/2157-2526.1000137Alongi J.,Tata J., Carosio F., Rosace G., Alberto Frache A., Giovanni Camino G. A comparative analysis of nanoparticle adsorption as fire-potection approach for fabrics. // Polymers. 2015. V. 7. № 1. P. 47–68.Alongi J.,Tata J., Carosio F., Rosace G., Alberto Frache A., Giovanni Camino G. A comparative analysis of nanoparticle adsorption as fire-potection approach for fabrics. // Polymers. 2015. V. 7. № 1. P. 47–68.Bhuiyan M.A.R., Wang L., Shaid A. et al. Advances and application of chemical protective clothing system // J. Industrial Textiles. 2019. V. 49. № 1. P. 97–138. https://doi.org/10.1177/1528083718779426Bhuiyan M.A.R., Wang L., Shaid A. et al. Advances and application of chemical protective clothing system // J. Industrial Textiles. 2019. V. 49. № 1. P. 97–138. https://doi.org/10.1177/1528083718779426Qi K.,Wang X., Xin J.H., Photocatalytic selfcleaning textiles based on nanocrystalline titanium dioxide // Textile Research J. 2011. V. 81. 1. P. 101-110.Qi K.,Wang X., Xin J.H., Photocatalytic selfcleaning textiles based on nanocrystalline titanium dioxide // Textile Research J. 2011. V. 81. 1. P. 101-110.Ugur S., Sarıısık M., Aktas H. The fabrication of nanocomposite thin films with TiO2 nanoparticles by the layer-by-layer deposition method for multifunctional cotton fabrics // Nanotechnology. 2010. V. 21. 32. P. 32560–3. https://doi.org/10.1088/0957-4484/21/32/325603Ugur S., Sarıısık M., Aktas H. The fabrication of nanocomposite thin films with TiO2 nanoparticles by the layer-by-layer deposition method for multifunctional cotton fabrics // Nanotechnology. 2010. V. 21. 32. P. 32560–3. https://doi.org/10.1088/0957-4484/21/32/325603Navale G.R., Thripuranthaka M, Late D.J., Shinde S.S. Antimicrobial activity of ZnO nanoparticles against pathogenic bacteria and fungi // JSM Nanotechnol Nanjmed. 2015. V. 3. P. 1033.Navale G.R., Thripuranthaka M, Late D.J., Shinde S.S. Antimicrobial activity of ZnO nanoparticles against pathogenic bacteria and fungi // JSM Nanotechnol Nanjmed. 2015. V. 3. P. 1033.Jones N., Ray B., Ranjit K.T., Manna A.C. Antibacteral activity of ZnO nanoparticle suspensions on a broad spectrum of microorganisms // FEMS Microbial Lett. 2018. V. 279. P. 71–76. https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2007.01012.xJones N., Ray B., Ranjit K.T., Manna A.C. Antibacteral activity of ZnO nanoparticle suspensions on a broad spectrum of microorganisms // FEMS Microbial Lett. 2018. V. 279. P. 71–76. https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2007.01012.xSmiechowicz E., Niecraszewicz B., Kulpinski P., Dzitko K. Antibacterial composite cellulose fibers modified with silver nanoparticles and nanosilica // Cellulose. 2018. V. 25. P. 3499–3517. https://doi.org/10.1007/s10570-018-1796-1Smiechowicz E., Niecraszewicz B., Kulpinski P., Dzitko K. Antibacterial composite cellulose fibers modified with silver nanoparticles and nanosilica // Cellulose. 2018. V. 25. P. 3499–3517. https://doi.org/10.1007/s10570-018-1796-1Gold K., Slay B., Knachstedt M., Gaharwar A.K. Antimicrobial activity of metal and metal-oxide based nanoparticles // Adv. Therap. 2018. V. 1. P. 1100033. https://doi.org/10.1002/adtp.201700033Gold K., Slay B., Knachstedt M., Gaharwar A.K. Antimicrobial activity of metal and metal-oxide based nanoparticles // Adv. Therap. 2018. V. 1. P. 1100033. https://doi.org/10.1002/adtp.201700033Щербаков А.Б., Жолобак Н.М., Иванов В.К., Третьяков Ю.Д., Спивак Н.Я. Наноматериалы на основе диоксида церия; свойства и перспективы использования в биологии и медицине // Биотехнология. 2011. Т. 4. № 1. С. 9–28.Shcherbakov А.B., Zholobak N.М., Ivanov V.К., Tretyakov Yu.D., Spivak N.Ya. Nanomaterials Based on the Nanocrystalline Ceric Dioxode: Properties and Use Perspectives in Biology and Medicine // Biotechnology. 2011. V. 4. № 1. P. 9–28.Ravikumar S., Gokulakrishnan R. The inhibitory effect of metal oxide nanoparticles against poultry pathogens // Int. J. Pharm. Sci. Drug Res. 2012. V. 4. P. 157–159.Ravikumar S., Gokulakrishnan R. The inhibitory effect of metal oxide nanoparticles against poultry pathogens // Int. J. Pharm. Sci. Drug Res. 2012. V. 4. P. 157–159.Doskocz N., Zaleska-Radziwill M. Effects of zirconium oxide nanoparticles on bacterial growth // PhD Interdisplinary J. 2015. V. 1. P. 1–7.Doskocz N., Zaleska-Radziwill M. Effects of zirconium oxide nanoparticles on bacterial growth // PhD Interdisplinary J. 2015. V. 1. P. 1–7.Kim S., Ying W.B., Jung H. et al. Zirconium hydroxide-coated nanofibers mats for nerve agent decontamination // Chem. Asian J. 2017. V. 12. № 6. P. 698–705. https://doi.org/10.1002/asia.201601729Kim S., Ying W.B., Jung H. et al. Zirconium hydroxide-coated nanofibers mats for nerve agent decontamination // Chem. Asian J. 2017. V. 12. № 6. P. 698–705. https://doi.org/10.1002/asia.201601729Завьялов В.В., Завьялова Н.В., Холстов В.И., Гореленков В.К., Фролов Г.А., Лягин И.В., Ефременко Е.Н., Стратегия разработки современных средств защиты на основе металлоорганических комплексов с заданными свойствами // Вестник войск РХБ защиты. 2020. Т. 4. № 3. С. 305–337.Zavyalov V.V., Zavyalova N.V., Kholstov V.I., Gorelenkov V.K., Frolov G.A., Lyagin I.V., Efremenko E.N. Strategy for Development of Modern Protective Equipment Based on Organometallic Complexes with Desired Properties // Journal of NBC Protection Corps. 2020. V. 4. No 3. P. 305–337. https://doi.org/10.35825/2587-5728-2020-4-3-305-337

The authors declare that there are no conflicts of interest present.