“第二层肌肤”保护士兵

免受生物和化学制剂的威胁

旨在保护士兵不受生化威胁的研究中，一组劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的科学家们已经创造出一种具有高度透气性并对生物制剂具有保护性的材料。这种材料是未来智能制服的首先关键成分，它将对环境中的化学危害作出响应，并保护肌肤免受化学危害的侵蚀。该研究发表于7月27日发行的《先进材料》杂志。

高透气性是军事人员在受污染的环境中完成任务时对防止热应激以及疲惫的防护服所提的关键要求。目前，军用防护服的前身是无法同时满足高舒适度及保护性的关键需求且对环境威胁作出被动而非主动响应的重量组全屏障保护或渗透吸附性防护服。

LLNL的团队制造了具有作为湿气导向孔的均衡的碳纳米管（CNT）渠道的灵活聚合物膜。这些孔的尺寸（小于5纳米，nm）比人类头发的宽度还要窄5000倍。

“我们证明，尽管CNT孔仅有几纳米宽，但这些膜提供了超越那些像Goretex一样的商业化透气面料的水汽输送率，”该论文主要作者Ngoc Bui表示。

为了提高透气性，新的复合材料利用了碳纳米管孔的独特传输性。通过量化膜对于水蒸气的渗透性，该小组首次发现，当浓度梯度作为驱动力时，CNT纳米通道能够维持超越公认的扩散理论一个命令幅度以上的气体传输率。

这些膜还针对生物剂提供了保护，因为它们具有不到5纳米（nm）宽的细小孔尺寸。像细菌或病毒这类的生物威胁尺寸较大，且通常尺寸在10nm以上。进行的试验表明，CNT膜在过滤测试中能排斥水溶液中的登革病毒。这证实，LLNL开发的碳纳米管膜是通过尺寸排阻对生物威胁提供有效保护的，而不仅是通过防止湿润。该结果还表明，CNT孔在单一功能材料中结合了高透气性以及生物防护性。

但是，化学试剂的尺寸要小得多，因此需要膜孔能进行回应，以阻止威胁。为了令该膜赋予对小型化学危害作出智能且动态的回应，LLNL的科学家及合作者通过化学威胁响应官能团对这些碳纳米管膜的表面进行了修改。这些官能团将像孔口的守门员一样感知并阻止该威胁。第二个响应方案也在开发中——类似于在鲜活的皮肤应对危险的外部因素时会剥落一样，该织物将会在与化学制剂反应后出现片状剥落。

“这种材料就好像是对环境作出回应的第二层智能皮肤，”LLN生物安全及生物纳米科技集团的负责人吴旷真表示。“以这种方式，该织物将能阻止化学剂，例如硫芥（泡罩剂），GD和VX神经剂；毒素，如葡萄球菌肠毒素；以及生物孢子，如炭疽。”

目前的研究是为了设计出这种多功能材料，能够经历从透气状态到保护状态的快速转变。

“这些敏感性膜预计将在减轻生理负担方面具有部分效用，因为不太透气但保护性状态可以局部开启，且只在需要时开启，”LLNL该项目的首席研究员弗朗西斯科·福尔纳谢罗称。

新的制服能在不到10年内在该领域得到采用。

“这个科技染计划的目标是为未来的化学生物防御防护服开发专注、创新的技术解决方案，”第二层肌肤项目动态多功能材料的DTRA科技经理特雷西·惠特菲尔德称。“样品级的评估将出现于2018年初，以展示‘第二层肌肤’的概念，这是朝着该成熟技术发展的一个重要的里程碑。”