Использование модульности как принципа построения материалов на основе металлорганических каркасных структур с заданными свойствами для создания современных средств защиты

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.

1. Teiler Derden. https://www.zerohedge.com/geopolitical/flir-darpa-contract-develop-next-gencombatsuits-biowarfare от 13 апреля 2021 г.

2. 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/10.29039/02026-5

3. Завьялов 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.

4. 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).

5. 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.pdf

6. Tomar S. Nanotechnology: the emerging field for future military applications. IDSA Monograph Series No. 48. 2015. ISBN: 978-93-82169-58-1.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.1230444

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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/10.4172/2157-2526.1000137

17. 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.

18. 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/10.1177/1528083718779426

19. 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.

20. 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/10.1088/0957-4484/21/32/325603

21. 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.

22. 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.x

23. Smiechowicz 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/s10570-018-1796-1

24. Gold 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.201700033

25. Щербаков 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.

26. 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.

27. Doskocz N., Zaleska-Radziwill M. Effects of zirconium oxide nanoparticles on bacterial growth // PhD Interdisplinary J. 2015. V. 1. P. 1–7.

28. 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.201601729

29. Завьялов 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.