Vrste zaštite vojnih tekstilnih materijala - Hemijska, biološka i nuklearna zaštita

Vrste zaštite vojnih tekstilnih materijala
 
Hemijska, biološka i nuklearna zaštita

Biološki, hemijski i nuklearni rat su stalna pretnja svetu. Toksični agensi koji se koriste su relativno laki za proizvodnju, a njihovi efekti su emocionalno i smrtno užasni među celokupnom populacijom. Oni su oružje za masovno uništenje. Činjenica da u skorije vreme nisu korišćeni u sukobima, može u neku ruku da govori o teškoćama i nekontrolisanom širenju na određenim specifičnim ciljevima. Imperativ je da treba izbeći negativne meteorološke efekete kao što je vetar koji duva ka snagama koje se bore! Tu je i preventivno dejstvo, zato što može usled korišćenja da eskalira sa drugim sredstvima za masovno uništavanje, kao što je npr nuklearno oružje. Hemijska, biološka i nuklearna (CBN) zaštita se zasniva na osećaju opasnosti od agenasa, zaštite od različitih zračenja i očuvanja nakon napada CBN agenasa. Zaštita od pretnji i očuvanje posle CBN agenasa može biti postignuto korišćenjem tekstila. Pored toga, tekstilni materijali mogu biti funkcionalizovani tako što će sadržati elektroniku, koja će biti senzor za različite pretnje.

Karakteristike hemijskih, bioloških i nuklearnih agenasa

Hemijski agensi

Prema Demirovu (2005), hemijski rat agenasa su ili sintetički ili biološki derivati hemijskih jedinjenja. Prilikom ratovanja, hemijski agensi poseduju sposobnost prodiranja na kožu i jako su smrtonosni / onesposobljavajući u većini slučajeva. Npr. na koži je stopa propustljivosti i nervinih agenasa od 2.0cm/min odnosno 0.1cm/min. Demirov je sugerisao da je većina hemijskih agenasa homogena u prirodi, i naglasio je da to može biti iskorišćeno u dizajnu i razvoju efikasnih sistema senzora, za brzu detekciju hemikalija. Međutim, nizak pritisak pare predstavlja potencijalna ometanja njihovog otkrivanja.

Rejnolds i Hart (2004), su primetili da razumevanje ciljnih  jedinjenja igra važnu ulogu u dizajnu i izradi zaštitne odeće. To je zbog toga što hemijski agensi nisu samo pojedinačna jedinjenja, već klase. Npr. neki od nervnih agenasa su podgrupe fosfonata. Tako da se fizička svojstva ovih jedinjenja mogu pripisati specijalnim substituentima u strukturi, a njihova toksičnost specijalnim strukturama u kompleksu. Dakle, grupa supstituenata može da da niz jedinjenja sa različitim rastvorljivostima i nestalnosti. Toksičnost ovih jedinjenja međutim, neće biti manje ili više ista. Dakle, jasno je da se zajednica brani od hiljadama drugačijih, ali strukturalno istih jedinjenja.

Biološki agensi

Biološki agensi su smrtonosniji od hemijskih agenasa. Oni se unose u organizam najčešće putem disajnih organa. Na odeći mogu da se namnože u visokim koncentracijama, što rezultira visokom kontaminacijom. Materijali mogu da produže vreme penetracije patogena, tako da je smanjen stepen kontaminacije.

Rano otkrivanje ovih agenasa igra ključnu ulogu u minimiziranju žrtava koje su povezane sa takvim napadima. Međutim, rano otkrivanje bioloških agenasa je ograničeno činjenicom da agensi patogena vrlo brzo razmnoževaju. Rani simptomi infekcija izazvanih različitim biološkim agensima su često nespecifični. Tako da kašnjenje u lečenju može da rezultira povećanjem broja nastradalih.

Ratovanje sa biološkim agensima sve više pronalazi svoj put ka borbi i terorističkim aktivnostima. Potencijalna opasnost od bioloških agenasa je proporcionalna osetljivosti izloženog stanovništva. Sprečavanje bolesti prati izloženost biološkim agensima, kao funkciju imunineta individue koja je izložena istom.

Biološko oružje se formira u sledeće 4 komponente:

1)    Nosivost: sam biološki agens

2)    Municija: funkcija municije je da zaštiti nosivost, tako da održava svoju moć sve do vremena isporuke

3)    Sistem isporuke: može biti raketni, vozni ili artiljerijski

4)    Disperzija sistema: funkcija disperzije sistema je da osigura širenje korisnog tereta do ciljnog mesta, kao što su prenošenje raznih sprejeva, eksploziva, ili pak kontaminacija hrane ili vode

Klasifikovanje

Biološki agensi se mogu klasifikovati, u cilju smanjenja na tri kategorije, na osnovu njihove lakoće prenosa, u odnosu na stepen morbiditeta i mortaliteta, i na osnovu verovatnoće njihovog korišćenja.

Kategorija A: Ovi agensi zauzimaju najviši rang, jer se oni mogu lako širiti i prenositi sa jedne osobe na drugu. Oni izazivaju najvišu smrtnost, pa su kao takvi veliki javni zdravstveni problem. Primeri su Bacillus anthracis (antraks) i Iersinia pestis (kuga).

Kategorija B agenasa: Ovo su agensi koji se umereno lako šire, i rezultiraju umerenom morbiditetom i mortalitetom. Primeri su Cokiella bumetti (K groznica) i Alphaviruses (alfa virusi).

Kategorija C agenasa: Ova kategorija obuhvata nastajanje patogena koji bi mogli biti genetskim inženjeringom napravljeni za specijalne svrhe. Njihova dostupnost i lakoća proizvodnje i distribucije, ih čini podložnim bioterorizmu. Primeri uključuju Nipa i Hanta viruse.

Bioaerosoli

Bioaerosoli su još jedan vid bioloških napada, koji nalaze svoj put u modernim zonama ratovanja. Bioaerosoli imaju dve forme: 1) održive i 2) neodržive. Održive forme uključuju bakterije, gljivice, viruse i alge. A neodržive forme uključuju endotoksine i proteine. Negativni efekti po zdravlje uzrokovani održivim efektima se mogu pripisati njihovoj sposobnosti da rastu, razmnožavaju se i proizvode toksične supstance. Zdravstveni efekti održivih i neodrživih bioaerosoli zavise od odnosa broja i masa čestica. Bioaerosoli mogu lako biti izmanipulisani za upotrebu u antisocijalnim aktivnostima.

Nuklearni agensi

Nuklearno oružje se smatra oružjem masovnog uništenja. Efekti takvih napada traju daleko duže nego efekti hemijskih i bioloških napada. Nuklearno oružje ne utiče samo na vojsku, već i na celokupno stanovništvo. Jedan od glavnih izazova u vezi sa razvijanjem odgovarajuće zaštite od radijacije, je teškoća koja je povezana sa samim testiranjem. Naime, nema mnogo agencija koje odobravaju protokole za testiranje, koji uključuju izlaganje životinja ili ljudi na zračenje.

Molder i Meteora (2011) su primetili da efekti izlaganja radijaciji mogu biti dvostruki: 1) akutni i 2) hronični. Prema ovim autorima, terapija koja je razvijena za lečenje akutnih posledica, neće biti efikasna ukoliko ne postoji terapija za hronične efekte, koji se manifestuju kod ljudi koji su izloženi velikim količinama zračenja. Sa druge strane, razvijene terapije za hronične efekte, su od male koristi u odsustvu efikasnih terapija za akutne efekte.

Materijali za nuklearno oružje se obično čuvaju u bezbednom pritvoru u odnosu na naciju. Specijalni nuklearni materijali (SNM), koji su fisioni radionukleidi, su od velikog značaja za interes stanovništva. Pojava uređaja radioloških disperzija (RDD), promenila je celokupan scenario.  RDD je oružje koje namerno može biti upotrebljeno od strane terorističkih jedinica, kako bi se poremetio balans u zajednici. “Prljava bomba” je primer za RDD. Koncept prljave bombe podrazumeva pakovanje eksploziva sa radioaktivnim metalom. Namera je da se oslobodi radioaktivni materijal kad se bomba detonira. Medjutim, RDD se može upotrebiti za distribuciju radioaktivnog materijala, pasivno, na ne-eksplozivan način. Ovo uključuje prskanje ili širenje radioaktivnih materijala koji su ručno postavljeni ili u blizini radioaktivnih izvora.

Otkrivanje hemijskih, bioloških i huklearnih (CBN) agenasa

Otkrivanje hemijskih agenasa

Prema Vangu (2008), hemijski otpornici su idealni za hemijske senzore. Hemijski otpornici kao hemijski senzori, su bazirani na prostoj promeni otpora kao odgovor na vezivanje analita. Ovi autori su razvili karbon nano cevi/politiopen hemijske otpornike kao senzore, za ratovanje hemijskim agensima. Oni su istakli da je senzor izložen visokoj osetljivosti i selektivnosti, ukoliko se koristi dimetil metilfosfonat kao simulant od sarina.

Nano vlakna se takođe nalaze kao aplikacije senzora za korišćenje u toku borbe. Deng (2009), je razvio senzor za 2,4,6 – trinitrotoluen (TNT), koristeći TNT osetljiv konjugovan polimer, TPA – PBPV [poli (trifenilamin-alt-bifenilen vinilen)]. Polimer je obložen tj obavijen poliakrilonitrilnim nano vlaknima na kvarcnoj podlozi. Prema autorima, ovaj skup pokazuje visoku osetljivost i brzo reagovanje na TNT, u poređenju sa regularnim filmom polimera (TPA-PBPV).

Otkrivanje bioloških agenasa 

Rano otkrivanje bioloških pretnji igra značajnu ulogu u smanjenju broja žrtava. Ovo stavlja ogroman pritisak na odbrambena istraživanja zajednice, da se brzim i osetljivim testovima indetifikuju biološki agensi.

Upozoravajući senzori bioloških agenasa (BAWS), mogu se koristiti za detektovanje prisustva bioloških čestica na sumnjivim delovima. Prema Primanu (2000), BAWS su bazirani na principu laserski indukovane fluoroscencije i poseduju sposobnost da razlikuju sumnjive čestice od priridnih materijala. Sumnjive čestice aerosoli, su pobuđene od strane UV pulsnog lasera koji radi na 266nm. Emitovana svetlost se selektivno filtrira specijalnim detektorima koji potvrđuju prisustvo bioloških subjekata. Međutim, autor je specifično indetifikovao koji subjekt aktivira određeni senzor.

Higins i drugi (1999), su razvili sistem za detekciju Stafilokoke enterotoksina B (SEB), ricin toksina, antigen Yersinia pestis F1 (kuga) i antigen Bacilus antharacis PA  (antraks) koji su zasnovani na principu elektrohemiluminescence (ECL). ECL je proces koji podrazumeva generaciju svetlosti u zavisnosti od napona, smanjenja ciklične reakcije oksidacije rutenijum helata, teškog metala. Redoks reakcija pokreće oslobađanje fotona u prisustvu tripropilamina (TPA). Ovi fotoni se mogu otkriti i kvantifikovati od strane fotomultiplierske cevi. Rutenijum, sa svojom malom molekulskom masom, i hem formom, može biti konjugovan sa bilo kojim proteinom sa standardnim N – hidroksisucinimidnim etstrom. Autori koji su koristili ovaj deo rutenijuma, kao molekulski detektor, misle da ima mali i nikakav uticaj na interakciju sa antitelom. S obzirom da su svi biološki toksini proteini, ova tehnika je limitirane dostupnosti zbog visokog kvaliteta, i visokog afiniteta prema antigenima i drugim ligandima.

Hejd i drugi (1996), su razvili fluorogeničnu sondu zasnovanu na PCR tehnici, koja se koristi u realnom vremenu, za indetifikovanje bioloških opasnosti i agenasa. Ovo se može postići uz pomoć TakMan 5NA (Perkin Elmer / primenjeni biosistemi). Prema ovim autorima sistem koristi sonde olegonukleotida sa razčitim redosledom primene. Sonda je označena sa fluoroscentnom bojom, sa rezervom ovojenih molekula. Sonda se ukršta sa ciljnim sekvencama, ako su prisutni amplikoni. Fluoroscentna boja odgovara sa odgovarajućim karakteristikama emisijskog spektra, ako je izložena inpulsivnom intenzivnom svetlu. Autori su istakli da upotrebom različitih sondi, sa odgovarajućim bojama molekula, mogu da detektuju biološke i virusne agense.

Vang (2009), je razvio multipleksiranu suspenziju niza sistema za simultanu detekciju više anlita. Sistem koristi fluoroscentne polistrene mikro kapljice koje služe kao podloga za antigen – antitelo reakciju i reakciju između DNK i odgovarajućih oligonukleotidnih sondi. Kapljice mogu biti označene različitim molekulima (antitelima) i da miruju u rastvoru. Autori su koristili laserski izvor svetlosti za detekciju analita. Atitela su u biotinilaciji uparena sa karboksi fluoroscentnim molekulima u sistemu. Test je pokazao visoku osetljivost i selektivnost u detekciji sumnjivih meta (bakterija, bakterijskih spora, virusa, bakterijskih otrova, otrova biljaka..), i sa veoma različitim fizičkim i hemijskim osobinama u složenim smešama.

Otkrivanje nuklearnih agenasa

Otkrivanje SNMa (specijani nuklearni materijali), koji su namenjeni za terorističke aktivnosti je često nezgodno pitanje. Veoma je teško otkriti SNM u prometnom saobraćaju, kao što su aerodromi, morske luke ili javni putevi. Nekoliko prenosnih instrumenata se koristi za ovu svrhu.

Lični detektori zračenja (PRD – personal radiation detectors)

Lični detektori zračenja su osetljivi uređaju. Sklop se sastoji od neorganskog scintilatora koji pretvara fotone velike energije u vidljivu svetlost. Ona je, zajedno sa fotomultiplikatorskom cevi u električnom kolu, koji broji impulse i ispravlja pozadinsko zračenje. To je dobar alat za hitne intervencije.

Ručni merači

Nisu baš napredovali u poređenju sa ličnim detektorima zračenja, ali mogu da se koriste za otkrivanje lokacija radioaktivnog materijala. Ovi merači mogu da se projektuju da poseduju izmenjive sonde, koje se sastoje od scintilacijskog detektora i foto cevi, i velikih komora jonizovanih i neutronskih detektora.

Indetifikacija radionukleidnih uređaja (RID)

RID se sastoji od kristala nadrijum – jodida, fotomultiplikatora koji povezan za eletktronikom daje visok spektar pulsa. Spektri se mogu porediti sa referentnom bazom, kako bi se indetifikovali radionukleidi.

Zračenje portal monitora (RPM)

RPM se sastoji od polivinil toluen scintilator detektora koji je u sprezi sa foto cevima. Merači, kada bi bili montirani na vlažnoj podlozi, mogli bi da budu sa bili koje strane kolovoza, i da isto tako otkrivaju fotone i neutrone.

Svi prethodno navedeni uređaji mogu biti korišćeni za odbranu. Međutim, detekcija RDDa u urbanoj sredini, predstavlja veći problem. Hohbaum i Fišbain (2011), su predložili upotrebu više detektora koji se montiraju na vozila u pokretu, kako bi se otkrile nuklearne pretnje. Pozicije detekrora i rezultati detektora mogu se pratiti u realnom vremenu. Odluka o potrebi za dalji postupak je doneta na osnovu svih raspoloživih podataka. Autori su razvili algoritam koji bi mogao da se koristi u odlučujućem sistemu. Oni tvrde da upotreba takvog algoritma u odlučujućem sistemu isključuje mogućnost lažno pozitivnih i lažno negativnih rezultata. Ovo je veoma vazno u scenariju koji uključuje brojna vozila sa detektorima montiranih na njih. Prema autorima, softver takođe uzima u obzir zaštitne nuklearne efekte u gusto izgrađenom okruženju.

Sprečavanje krijumčarenja radioaktivnog materijala je još jedno važno pitanje. Ovo igra važnu ulogu u sprečavanju nuklearnog materijala od ulaska u urbanu sredinu. Galager i Lanza (2007), su razvili sistem za detekciju fisionih materijala i drugih izvora štetnih zračenja tokom prenošenja materijala, koji su ilegalno krijumčareni. Većina sistema koristi za detekciju fisione materijale koji su najprisutniji u lukama. Sistem detekcije je konstruisan za merenje gama zračenja u datoj energiji. Takođe se meri emisija neutrona i upoređuju se očitavanja sa poznatim vrednostima.

Zaštita od hemijskih, bioloških i nuklearnih agenasa

Zaštita od hemijskih agenasa

Zaštita od hemijskih agenasa je urađena na osnovu značenja, kao što su hemijska zaštitna odela koja uključuju maske za lice. Međutim, biološki enzimi mogu da se koriste kao kontra mera hemijskim toksinima.

Hemijska zaštitna odela

Prva generacija hemijskih zaštitnih odela se sastojala od aktivnog ugljenikovog vlakna, u poliuretanskoj peni, kao unutrašnjem sloju. Spoljni sloj je imao ulje i vodoodbojne karakteristike. Sadašnja generacija odela za hemijsku zaštitu, korišćena od strane SAD-ovog Ministarstva odbrane, su poznatija kao odela lagane integrisane tehnologije (JSLIST), koji se sastoji od molekula aktivnog ugljenika, kao unutrašnjeg sloja koji je tkan kao laminat. Ova laminantna struktura pruža neophodne hemijske kontra mere, kao i razumne karakteristike udobnosti. Trenutni JSLIST se sastoji od delova tkanina koja su mešavina najlona i pamuka, napravljena korišćenjem ripstop tkanja. Trenutni napori su na smanjenju ukljenika u JSLIST odelu, zbog uključivanja u nove tehnologije, kao što su perm – selektivne membrane, funkcionalizovani slojevi nano vlakana, superhidrofobni materijali i dr.

Perm – selektivne membrane su membrane koje selektivno propuštaju vodenu paru, ali zadržavaju veći deo molekula hemijskih toksina. Ove membane ne samo da nude zaštitu od opasnih organskih molekula, već i obezbeđuju mehanizam za transport vodene pare i uz isparavanje hlade se kroz tkaninu. Drugi pristup je razvoj mikroporozne membrane koja ima veliku površinu. Ovo ne samo da obezbeđuje visoku adsorpciju, već i omogućava hemijsku vezanost biocida i drugih reaktivnih jedinjenja u okviru strukture zaštitnih materijala. Sledeća generacija zaštitnih hemijskih i bioloških odela, bi trebala da se kombinuje sa kontramerama sposobnosti protiv hemijskih i bioloških pretnji sa smanjenom logistikom opterećenja.

Prema Šišou (2002), u razvoju zaštitne odeće se uvek podrazumeva kompromis između zaštite (od toplote, hladnoće, hemikalija i mikroba), i udobnosti osobina kao što su: otpornost, barijera toplotnih tečnosti, vode i parapropustljivosti. Udobnost i karakteristike barijera su često u konfliktu. Šišo naglašava potrebu za boljom ravnotežom različitih osobina, kao što su toplota, drapiranje, parapropustljivost, elastičnost i osobine barijera.

Tekstilna vlakna kao što su najlon i Kevlar su intezivno korišćeni u zaštitnoj odeći za vojna lica. Neke od vaznih osobina koje čine ova vlakna pogodnim za odbranu, uključuju aplikacije koje obuhvataju: 1) visoku čvrstoću; 2) balističke performanse; 3) otpornost na plamen i 4) apsorpcija pare i barijera tečnih karakteristika. Prema Tilagavatu (2008), uvijena (spunbond) i vazdušasta (meltblown) netkana vlakna su takođe korišćena za proizvodnju zaštitne odeće. Autori su napomenuli da uvijena i vazdušasta vlakna pružaju sledeće prednosti u odnosu na konvencionalne materijale: 1) niski troškovi, 2) poboljšane osobine barijera, 3) nepropustljivost čestica, 4) odgovarajuća snaga i 5) udobnost.

Bas (2009), je naglasio da sledeći operativni izazovi treba da budu ispoštovani pri dizajniranju zaštitne tehnologije za vojno / pravosudno osoblje: 1) logističko opterećenje, 2) troškovi, 3) trajanje performansi i efektivnosti protiv celog spektra pretnji agenasa. Prema Basu, razvoj sistema, blok, ili agensi za uništenje, istovremeno imaju prioritet da smanjuju materijalnu težinu i cenu.

Hemijske maske

Grov i drugi (2001), su razvili nepredne hemijske maske koje obezbeđuju mnoge prednosti po nosioca u smislu težine/punoće, udobnosti/stajanja, optičke kompatibilnosti, mogućnosti slobodnog disanja, komunikacije i zaštite. Autori tvrde da maska ima nekoliko prednosti u odnosu na masku SAD-a M40. Većina komponenti u masci M40, koje su bile od aluminijuma su zamenjene plastičnim kompozitima. Filter maske M40 je zamenjen sa mnogo nižim profilnim filtracionim sistemom. Ovo takođe smanjuju ukupnu težinu. Zakljivljenost sočiva maske omogućava optimalnu pomoć oku do 25mm. Prema autorima, ovo zadovoljava potrebu za nišanima na oružijima. Otvor za oko na maski M40 je bio 41mm, i predstavljao je prepreku za viđenje uređaja u vojnom inventaru. Autori su istakli da je otpor prilikom dizanja (udisanje i izdisanje), u novoj masci smanjen za dva stepena u odnosu na masku M40. Ovo je postignuto: 1) povećanjem površine filtera, 2) korišćenjem nižeg otpora filter medija i 3) smanjenje otpora na ulazu i izlazu ventila. Napredna sorbenta i srednje čestice se koriste za maske.

Superhidrofobne i superolefobne površine za zaštitu

Vojska dosta ulaže napora tokom godina da poboljša bezbednost svojih vojnika. Glavni fokus je na razvijanju super ne upijajućih tkanina koje su otporne na prodore svih tečnosti, uključujući vodu, alkohol, rastvarače, ugljovodonike i opasne hemikalije. Karakteristike ovih tkanina uključuju: 1) površinsku hemiju, stvarajući kontaktni ugao (> 160°); 2) arhitekturu nano površine; i 3) lokalizovane krive površine napravljene u mikro i nano površinama.

Saraf i drugi (2011), su istraživali sposobnost tri različite tehnike, kako bi izazvali superhidrofobnost i superoleofobnost netkanog materijala na bazi poliamida dobijenog hidrodinamičkim postupkom. One uključuju: 1) polimerizacija pulsirajućom plazmom 1H, 1H, 2H, 2H – perfluorodecil akrilata (PFA C8), mol formula C₁₃H₇F₁₇O₂^; 2) kondenzacija  molekula 1H, 1H, 2H, 2H – prefluordeciltrimetokisilana potpomognuta mikrotalasima (FS) i 3) kalemljenje FS na poliamid mokrim postupkom. Autori su zaključili da sve tri metode smanjuju površinsku energiju poliamidnog filma, što rezultira većim kontaktnim uglovima kako za vodu (kontaktni ugao 168-174^o)tako i za dodekan (kontaktni ugao 153-160^o).

Tim naučnika iz Natik Vojnih ispitivanja, za Razvoj i inženjering, iz SADa sa Masačusets Tehnološkog Insituta, je razvio superolefobni premaz na bazi kavez – molekula od fluorodecil polihedral oligomer silseskioksana (Fluorodecyl Polyhedral Oligomeric SilSesquioxane -POSS). Fluorodecil POSS je napravljen iz mešavine sa Tehnoflonom BR 9151, fluoro elastometra iz Solvai – Soleksis i Asahiklin AK225 rastvarača. Prema timu, superolefobni premaz, je veoma tanak,  na njega ne utiču vazduh i vodena para.

Jong i dr (2006), su razvili superhidrofobnu površinu pomoću kombinacije miro / nano strukture. Projektovanje i razvoj zaštitnih tkanina je još jedna važna primena nanotehnologije. Autori su razvili poli (metil metakrilat) (PMMA) mikropost, koji je proizveden tako da je gusto zbijen sa nano tzv stubovima na vrhu. Takođe su primetili da je poboljšan ugao na oko 161°. Kontaktni ugao ove veličine se ne može postići ukoliko se koristi sam mikropost.

Ovens i drugi (2008), su razvili metodu za proizvodnju visoko hidrofobnog oleofobnog najlon – pamučnih materijala. Ovaj metod podrazumeva mikrotalase indukovane sa perfluoralkilsilanesom na adekvatnim podlogama. Autori su primetili da podloge moraju da imaju primarni alkohol ili primarne / sekundrne -NH- grupe. Fluoroalkil lancima mogu biti priključene -OH- ili -NH- grupe preko siloksana ili silaznih veza. Toplota ili mikrotalasno zračenje je u službi povećanja brzine do podloge procesa. Takođe, dodavanje baze ima sličan efekat na podlogu procesa.

Enzimi protiv hemijskih agenasa

Enzimi se takođe mogu koristiti za zaštitu od agenasa tokom vođenja hemijskog rata. Organofosforni enzim (OPH), je jedan takav enzim koji je poznat po svojoj sposobnosti da hidrolizuje različite agense. Međutim, Gopal i drugi (2000), su primetili da je aktivnost OPH prema VX (VX – je izuzetno toksična supstanca, bez mirisa i ukusa, koja se koristi kao nervni agens) znatno niža u poređenju sa svojim aktivnostima prema drugim agensima. Autori su izgradili razne mutante enzima, kako bi se povećala aktivnost VX, primećeno je da je jedan od izloženih mutanata povećan hidrolizom VX. Dakle, enzimi u njihovom prirodnom stanju ili kao mutanti mogu da se koriste za odgovarajuću zaštitu od hemijskih agenasa.

FAST – ACT® sistem neutralizacije hemijskih grešaka

FAST - ACT ® je tretman sorbenta koji je razvila Nano Korporacija iz Menhetna, Kanzas, SAD. To je širok spektar odgovora na hemijske opasnosti. Tehnologija je pronađena kako bi bila efikasna protiv hemijskih sredstava u obliku tečnosti i pare. To je formulacija suvog praha, koji nije toksičan, koji ne rđa, i koji nije zapaljiv. Proizvod se može koristiti u širokom spektru temperatura i uslova sredine.

 Zaštita od bioloških agenasa

Biocidni premazi

Polimeri sa biocidnim aktivnostima se mogu koristiti za razvoj zaštitnih premaza. N – halamin biocidni polimer se koristi za različite primene. Ovo su polimeri koji sadrže azot – hlor, ili azot – brom sa kovalentnim hemijskim vezama. Hemijske veze su stabilne prema hidrolizi, koja oslobađa slobodne halogene u vodenom rastvoru. N – halamin biocidi mogu lako da se pripreme „na lice mesta“, izlaganjem prethodnih polimera na slobodnom hloru ili bromu. Halogeni koji se gube tokom ovih aktivnosti, mogu lako da se regenerišu ukoliko izložimo polimer slobodnom hloru ili bromu. Ovi polimeri mogu da se koriste prilikom funkcionalizacije silicijum gela koje na kraju može da se koristi u zaštitnim premazima. Velika površina silika gela obezbeđuje više aktivnih mesta (veza) za aktivnost biocida.

Liang i drugi (2006) su razvili neobičan hidantonilsiloksan koji bi mogao da se koristi za funkcionalizaciju silika gela, kako bi se koristio kao biocid, prilikom izlaganja tzv izbeljivača u domaćinstvu. Hidantoinilsilokan može da se koristi i kao monomer i kao polimer. Autori su kovalentno vezali hidantoinilsilokan na silika gel, i kao takav, nakon izlaganja izbeljivaču, bio je u stanju da uništi Stafilokoku i Ešerihiju. Takođe, utvrđeno je da su premazi otporni na vodu, i da mogu biti rehlonirani tokom aktivnosti. Takvi premazi mogu biti upotrebljeni za zaštitne tkanine. Metal oksid nano čestice poseduju antimikrobnu aktivnost. Neki primeri uključuju MgO i CaO, ZnO, cerujum oksid i srebrne nano čestice.

Strategija zaštite antitelima

Vakcinacija je čovečanstvu mnogo pomogla u uklanjanju ozbiljnih bolesti. To je pomoć u smanjenju osetljivosti populacije na određenu bolest. Međutim, Kasadeval (2002) je napomenuo da je strategija vakcinisanja vojnog i civilnog stanovništva možda nekad neće biti izvodljiva iz više razloga: 1) priroda bioloških pretnji je često nepoznata, 2) indukcija zaštitnog reagovanja obično traje duže od vremena između izloženosti i početka bolesti, i 3) vakcini je obično potrebna veća doza da izazove zaštitni odgovor, što možda nije izvodljivo u hitnim slučajevima. Dakle, Kasadeval je predložio korišćenje antitela koja se vezuju za toksine kao proteini antitoksina. Mnoštvo toksina može da se upotrebi kao biološko oružje, i korišćenje antitela može da ponudi adekvatnu zaštitu osetljivih vojnih populacija. Tu se navodi i nekoliko prednosti i mana korišćenja antitela protiv bioloških agenasa.

Jedna od prednosti koja je istaknuta, je da je to neposredni imunitet. Ova vrsta imuniteta obično traje nedeljama, a možda čak i mesecima. Štaviše, većina priprema antitela se može raditi intramuskularno, olakšavajući upotrebu. Vojnici mogu da ih nose samo u obliku samo – injekcionih uređaja, i mogu da ih koriste po potrebi. Brzim napretkom u biotehnologiji mogu se obezbediti bolja rešenja. Strategija zaštite antitelima, u skladu sa Kasadevalom, može pomoći smanjenju upotrebe bioloških agenasa. Takođe, prednost ima branitelj, jer je lakše razviti nova antitela protiv patogena koja su projektovana, nego obrnuto.

 Jedna od nedostataka, uočena od strane Kasadevala, jeste da antitela, prilikom terapije, su specijalni patogeni. Agens mora da bude indetifikovan pre davanja odgovarajućeg antitela. Ovo zahteva brzu indentifikaciju i detekciju agensa. Osim toga, reagensi antitela imaju limitiran život, tako da moraju biti periodično zamenjeni. Autor je takođe napomenuo da je efikasnost antitela, u zavisnosti od vremena, može biti kontradiktorna, i da izazove razvoj kliničkih simptoma. Najveća pitanja se tiču razvoja baze antitela, jer prema Kasadevelu, ova jedinjenja moraju da se razvijaju mimo standardih kliničkih ispitivanja.

Zaštita od nuklearnih agensa

Demeo i Bendeto (2001) su razvili laganu, dišljivu odeću sa radioaktivnim kvalitetima. Oni su preneli radioaktivne kvalitete na odeću, tako što su imregnirali jedinjenja protiv radijacije, kao što je barijum sulfat. Impregnacija tih kvaliteta se može postići na nekoliko načina: 1) potapanjem tkanine u rastvor koji sadrži baze, 2) stavljanje tkanine u komoru reaktivnih agenasa, koji reaguju i formiraju bazu, 3) pomoću tkanine koja služi kao filter za rastvor koji sadrži takva jedinjenja, i 4) izrada tkanine sa jednim od radioaktivnih reagenasa, složenih na njenoj površini i izlaganje komplemerntarnog reagensa koji se koristi za formiranje finalnog postojanog jedinjenja. Neki primeri anti-radioaktivnih supstanci, osim barijum sulfata, jesu natrijum acetrizoat, kiselina iobenazamika, zatim iopanoik kiselina i iopentol.

Demeo i Kučerovski (2005), preporučuju tkanine koje nude zaštitu od više opasnosti. Takođe sugeriraju da u materijale koji pružaju zaštitu spadaju barijum, bizmut ili volfram, koji se mogu mešati sa prahom / grudvicama polimera, ili sa pogodnom emulzijom. Ova mešavina se zatim kombinuje sa slojevima drugih tkanina, kao što je Kevlar, kako bi prižio mogućnost veće zaštite.

Pored radiološkog terorizma, konstantna istanjivanja ozonskog omotača su posledica globalnog zagađenja životne sredine, i to je stalna pretnja i vojnom i civilnom stanovništvu. Vojne jedinice, koje mnogo vremena provode napolju, su u povećanom riziku od konstantog izlaganja štetnom UV zračenju. Veliki su napori na mestima na kojima se razvijaju radioaktivni materijali, koji znatno smanjuju efekte različitih tipova zračenja. Natasuka (2008), primetio je da kolagen iz različitih izvora (rastvarača i njegovih derivata), keratin sa njegovim derivatima, zatim fibroin svile i njeni derivati, pojedinačno ili u kombinacijama, poseduju svojstva zaštite od radioaktivnosti. Od materijala koji imaju svojstva za zaštitu od radioaktivnosti, se dizajniraju različita zaštitna odela, kako za vojsku, tako i za civilno stanovništvo.

Dekontaminacija hemijkih, bioloških i nuklearnih (CBN) agenasa 

Nanomaterijali za dekontaminaciju hemijskih agenasa

Nanočestice metel oksida, kao što su MgO, Al₂O₃, i ZnO, se uspešno primenjuju za dekontaminaciju raznih nervnih agenasa. Funkcionaliovana nano vlakna su poznata po svojoj sposobnosti hidrolize organofosfornih agenasa kao što su nervnih gasova. Mahato i drugi su uspešno iskoristili nanokristaline cinkove šipke u dekontaminaciji sarina. Sol-gel metoda (Sol-gel proces je metod za proizvodnju čvrstih materijala od malih molekula. Metod se koristi za izradu metalnih oksida, posebno oksida silicijuma i titanijuma. Proces podrazumeva konverziju monomera u koloidni rastvor (sol) koja deluje kao prethodnica za integrisane mreže (ili gel) za diskretne čestice ili mrežne polimere), je korišćen kako bi se stvorio oksid cink nanomaterijal. Prema autorima, reakcija je rezultirala netoksičnim proizvodima, kao što su metil fosforne kiseline, i izopropil metil fosforna kiselina. Prasda i drugi (2007), su primetili da cink oksid nano šipke se koriste u dekotaminaciji ipirita. Takođe su koristili hidrotermalne metode za sintezu cink oksid nano šipki, i primetili su da je cink oksid uspešno dekontaminirao ipirit, po pseudo prvom redu ustaljenog stanja reakcija, kao što su hidroliza i eliminacija.

Čen (2009) je funkcionalizovao poliakrilonitrilna (PAN) nanovlakna, tako da je omogućio njuhovu upotrebu u razvoju samo – detoksikacijske hemijske zaštite tkanine. PAN nanovlakna su reagovala sa viškom hidroksilamina u metanolu na 70°C. Oksimacija nanovlakana se popudarala sa formacijom poliakrilamidoksima, na površini vlakana. Takođe je pokazano da funkcionalizovana nanovlakna se uspešno hidrolizuju sa diispropil fluorofosfatom (DFP) u prisustvu vode.

Bromberg (2009) je istraživao sposobnost poliakrilamidokima (PANOx) i poli (N – hidroksiakrilamid) (PHA) da hidrolizuju agense hemijskog oružja. Pripremljeni PANOx i PHA je na jedan korak od oksimacije poliakrilnitrila i poliakrilamida, respektivno, sledi nukleofinske hidroliza Somana (GD), Sarina (GB) i VX. Treba napomenuti da se ovi reaktivni polimeri koriste u razvoju zaštitnih barijera. Ovi nanomaterijali mogu uspešno da se dodaju nanomrežama i drugim materijalima kako bi se razvila samo – dekontaminacija zaštitnih proizvoda.

Maramice za dekontaminaciju

Očuvanje vojnog osoblja i opreme, kao što je npr posle avionske nesreće ili biološkog napada, je bitan deo pobedničke borbene strategije. Iako postoji mnogo hemijskih, bioloških i drugih metoda za dekontaminisanje, ponekad je mnogo lakše i ekonomičnije obrisati rasute hemikalije, i tako postići lakši pristup daljim metodama. Grupna ili bruto dekontaminacija hemikalija se može lako postići uz pomoć suvih proizvoda za dekontaminaciju, kao što su pomenute maramice, i to posebno za dekontaminaciju nanočestica, koje mogu da budu sastavni deo u jeftinoj personalnoj opremi za dekontaminaciju (LPDS). Nedavno je Lavrence Livermor Nacionalna Laboratorija (LLNL) preporučila LPDS koji ne sadrži čestice, već samo losion za suvo brisanje. Pored LPDS sistema, postoji potreba da se razvije sistem za očuvanje vojne opreme posle hemijskog ili biološkog napada. Razvoj osetljive opreme za dekontaminaciju, kao što su maramice, je deo porodice programa sistema (DfoS) SAD-ovog Ministarstva odbrane. Kao deo ovog programa, dekontaminirani bruto proizvod bi trebao da ima hemijsku efikasnost protiv živih agenasa ili simulanta nervnih agenasa kao što su V i G, ili blister agensi, kao što su H agensi; i biološku efikasnost protiv živih agenasa ili simultanata kao što su bakterije i virusi. Suva dekontaminacija se može realizovati u zavisnosti od krajnjih zahteva korisnika ili pretnji agenasa. Nedavno sprovedeno istraživanje na Teksaškom Tehnološkom Univerzitetu je rezutiralo prizvodnjom novih maramica sa suvu dekontaminaciju (Fibertek®). Maramice se sastoje od upijajućeg gornjeg sloja, srednjeg poroznog sloja, sa aktivnim ugljenikom, i poslednjim slojem kako bi obezbedio koherentnost i ne propustljivost.

Rezultati studija suvog brisanja ipirita, pokazali su dobro upijanje, pa čak i pare, koja se bolje apsorbuje zbog aktiviranog ugljenika i M291 rekativne apsorbentske podloge. Pored toga, maramice se bolje ponašaju nego materijali sa određenim karakteristikama, zbog jakih kiselina i baza. Druga studija je pokazala da je dekontaminacija maramicama u stanju da apsorbuje i isparenja organofosfornih jedinjenja, kao što je metil paration.

Suva dekontaminacija Fibertek® proizvoda je komercijalno dostupna u različitim formama i oblicima kao što su jastučići, maramice i rukavice. fibertek® se koristi kao integralna komponenta u: 1) Individualnom Dekon Kit-u, 2) Odgovoru na Dekon Kit, koji se prodaje po prvim tehnološkim linijama, i koja se takođe koristi za proizvodnju jastučića, maramica i rukavica, pod licencom Teksaškog Tehnološkog Univerziteta. Nekoliko važnih osobina Fibertek®, koje omogućavaju njegovo efikasno korišćenje kao maramice su: 1) njegova efikasnost u efikasnom brisanju lako rasitih toksičnih hemikalija, 2) tehnološka platforma se može koristiti za dekontaminaciju ljudi, naoružanja i osetljive opreme, 3) može i da apsorbuje i da adsorbuje toksične materijale, 4) lišen je slobodnih čestica, i 5) ima neodređen rok trajanja. Druga važna komponenta LPDS preporučena od strane LLNL-a, sadrži reaktivni losion za dekontaminaciju kože (RSDL), patentiranim da ukloni i neutrališe hemikalije tokom ratovanja, proizvedeni od strane zdravstvene zaštite i dijagnostike iz Braka. Sa druge strane, RSDL korišćen sam, nije postojan u prisustvu vode, i ozbiljno ograničava upotrebu na osetljivu vojnu tehniku i elektroniku.

Fibertek® proizvod za dekontaminaciju je dostupan u nekoliko oblika različitih veličina.

Nedavna procena od strane SAD-ove Žnacionalne Garde je pokazala da Fibertek® može svojom suvom dekontaminacijaom ukloniti 80-90% zagađivača koji se može naći na bojnom polju.

Struktura Fibertek-a® dozvoljava različite tipove tkanina, kao što su poliester, sirovi pamuk, beljeni pamuk, između ostalog, može da se koristi za različite aplikacije kao što je industrijsko čišćenje ulja ili apsorpcija. Sirovi pamuk na bazi Fibertek® maramica može da se koristi za apsorbovanje nafte ili apsorbovanje nepostojanih isparenja koja potiču od policikličnih aromatičnih ugljovodonika.

Još jedna tehnologija maramica za dekontaminaciju, se koristi od strane Calgon Carbon Korporacije. Tehnologija, stečena iz Entropik Sistema, koristi 2 tipa Zorflex® aktivnog ugljenika, za uklanjanje hemijskih agenasa. Prema njima, ove maramice i rukavice mogu da dekontaminiraju komplikovane predmete bez ostavljanja prljavih čestica nakon dekontaminacije.

Dekontaminacija bioloških agenasa 

Prema Američkoj infektivnoj bolnici za kontrolu infekcija, dekontaminacija je proces koji osigurava bezbedno rukovanje stvarima, u kojoj je radnik zaštićen, bez potrebe za zaštitnom odećom ili opremom. Dekontaminacija je proces uklanjanja ili neutralisanja zagađivača koji mogu akumulirati na osoblje ili opremu.

Proces dekontaminacije se kreće od jednostavnih sredstava za čišćenje, preko dodatnih koraka za dezinfekciju, koja uključuju eliminisanje većeg dela patogena i mikroba. Nakon izloženosti raspršenog biološkog agensa, cilj dekontaminacije jeste uklanjanje ili smanjenje verovatnoće da se ponovo aerosolizuje i kontaminira ljudsko telo ili odeću.

Vreme je često kritičan faktor kada je u pitanju biološki terorizam. Dovođenje odgovarajućeg osoblja na lice mesta, može znatno da uštedi vreme. Hemikalije koje se mogu odmah uništiti, pri prvom reagovanju, ukoliko se utvrdi da je napad biološke prirode, mogu znatno pomoći i ublažiti štetu do odgovarajuće pomoći. Sumporni kreč je proizvod koji je temeljno testiran u SAD-u. Ova hemikalija je isplativa, ekološka i lako dostupna, i nije potrebna obuka za njeno korišćenje. Pap i drugi (2010), preporučuju da bilo koji sumnjivi agens, u vonim i vladinim agencijama, može biti neaktivan, ukoliko se stavi na rastvor sumpor kreča. Hemijski je dostupan u tečnom obliku, i može se koristiti za bioterorističke aparate za gašenje požara.

Biocidni premazi za dekontaminaciju bioloških agenasa

Mičelsen je (2007) predložio upotrebu reaktivnih boja i boja koje sadrže funkcionalne grupe, kao svetlosno aktivirane antiviruse materijala. Izabrane su boje koje imaju sposobnost da apsorbuju svetlost u određenom opsegu spektra i intenziteta, i na taj način generisu kiseonik (O₂) u atmosferi koja ga sadrži. Generisan kiseonik deaktivira viruse pri kontaktu. Nekoliko boja imaju navedene osobine, uključujući akridin (fluoroscentno) žutu, proflavin i akroflavin. Kada se ove boje primene u obliku boja, premaza ili impregnacija, na odgovarajućim podlogama, mogu biti efikasne protiv virusa u slučaju opasnosti.

Vorlej (2003) je opisao metod za razvoj biocidnih poliuretanskih premaza. Razvijen je nov N-halamin monomer, koji može biti kopolimerizovan sa komercijalnim plutajućim akrilo poliolom,, za proizvodnju poliuretana. Prema tome, biocidna svojstva, mogu biti impregnirana pomoću hlorisanih premaza sa dodatkom slobodnog hlora, kao što je izbeljivač. Biocidna aktivnost premaza zavisi od dostupnosti hlora. Regeneracija hlora se može postići izlaganjem hlora svaki put prilikom premazivanja.

Silika gel, koje se funkcionalizuje od hidantonilsiloksana (monomer ili polimer), može takođe biti korišćen u dekontaminaciji vode.

Dekontaminacija ranjenog osoblja prilikom nuklearnih vanrednih situacija 

Ranjeni vojnici i civilno stanovništvo često predstavljaju potencijalni rizik po osoblje koje brine o njima, ukoliko se radi o radioaktivnom terorizmu. Koening (2005) je predložio uklanjanje spoljne odeće i obuće, prilikom zbrinjavanja ljudi, radi smanjenja kontaminacije za oko 90%. Detektor zračenja pomaže da se proceni ostatak kontaminacije. Takođe je napomenuto da se dekontaminacija kože i kose može smanjiti sa sapunom i toplom vodom, tačnije češljanjem i pranjem kose, kako bi se otklonile radioaktivne čestice. Primarni cilj je uklanjanje što je više moguće radioaktivnog materijala ne oštećujući kožu. Treba obratiti pažnju na otvorene rane, kako bi se smanjila mogućnost unutrašnje kontaminacije. Radioaktivni materijali imaju tendenciju da se apsorbuju u krvotok i limfni sistem. U slučaju unošenja radioaktivnih materijala, antacidi aluminijum hidroksida i magnezijum karbonata, smanjuju apsorpciju gastrointestinalnog radioaktivnog materijala. Nivo kontaminacije treba periodično da se preispituje pomoću detektora zračenja, nivo kontaminacije treba da bude manji od 10%.

Multifunkcionalni materijali za zaštitu

Multifunkcionalni materijali

Težina opreme je uvek bio problem u vojsci. Pojava različitih vrsta napadanja i oružja, znači da vojnik mora da bude zaštićen od višestrukih oblika ugrožavanja (hemijsko, biološko i nuklearno zračenje). To mora da bude prilagođeno u odnosu na težinu vojnika.

Večita traganja za razvoj kontra mera protiv hemijskih i bioloških agenasa je dovela do razvoja multifunkcionalnih materijala. Takvi materijali treba da imaju jedinstvenu sposobnost da brzo unište biološke ili nervne agense, pored hidratacije. Materijali generišu biološke halogene, prilikom otpuštanja i detoksikacije nervnog agensa. Multifunkcionalni materijali su iskoristili sposobnost halogena i poli kvaternar amonijum jedinjenja, da ubiju mikrobe, i sposobnost kvaternar piridinujum aldoksimes (PAM) da reaktivira kolinesteras koji inhibira organofosfornim toksinima.

Minimalni zahtevi takvog sistema jesu multifunkcionalni enzim – polimer biomaterijala, glukoza i voda. Glukoza i voda jesu dostupni u krvi i telesnim fluidima. To znači da sistem može da zaceli rane. Takođe, sistem može da oslobodi oksime i da se na kontrolisan način suprotstavi efektima inhibitorske holinesterase. Sistem je baziran na dimetillakrilamid – metillakrilat (DMAA-MA) kopolimeru. Poliuretan sadrži okside glukoze i peroksidne enzime koje se pretvaraju u aktivne jone halogena, koji poseduju bakterijsku aktivnost. Sistem može da se funkcionalizuje sa porodicom N –akril – 4 piridijum aldokim (4 – PAM), kako bi se dekontaminirali nervni agensi. U PAM – halogenim polimerima, pruža se više pozitivno naelektrisanih piridinijum grupa, što doprinosi do nukleolefinske aktivnosti. Negativno naelektrisani halogeni kontra joni, (I^- i Br^-) od piridijum aldokima, delovanjem služe kao podloga za enzim katalizovanu redoks reakciju.

Čen je 2010. godine razvio visoko dišljivu tkaninu baziranu na multifunkcionalnoj zaštit, koristeći tehniku elektrostatičkog slaganja sloja po sloja. Ovaj hemijski i biološki detoksifikujući filter / vlakno, je bazirano na reaktivnim polianionim i polihidroksamičnim kiselinama. Korišćenje elektro uvijenih nanovlakana, omogućeno je korišćenje visokih specijalnih površina, sa malim težinama i visokom poroznošću. Pored toga, dozvoljeno je dodavanje različitih funkcionalnih polielektrolita, kako bi se razvili hemijski i biološki zaštitni filteri / vlakna.

Duan je 2011.te razvio bifunkcionalnu pamučnu tkaninu koja nudi UV zaštitu i koja je superhidrofobična. Takve tkanine su od velike koristi za vojnike koji provode veći deo vremena napolju. Pamučna tkanina je prvo bila tretirana sa cerijum oksidom (CeO₂). Kasnije je modifikovana sa slojem dodekafluoroheptil – propil – trimetioksilan (DFTMS). Primenom CeO₂ čestica, dobija se gruba struktura koja utiče na UV svojstva, i poboljšava hidrofobnost.

Salter je 2009.te razvio modifikovan N – hloramid, tzv Nomex®, kako bi proizveo samo – dekontaminirani materijal za zaštitu od hemijskih agenasa. Kasnije je Nomex® derivatizovan sa hlorisanim analogom od 1–hlor–5 ,5–dimetil 3-(trimetoksisililpropil) hidantoin (BA-1). Tokom tretiranja Nomex-a sa BA-1, istraživači su dodavali siloksan polimernoj podlozi mikrozracima. Ovo je praćeno hlorisanim BA-1 tretmanom Nomex-a, koristeći vodeni rastvor natrijum hipohlorit. Poliamidna struktura Nomex-a, otporna na plamen, rezultirala je multifunkcionalnim materijalom koji ne samo da je otporan na plamen, već i ima sposobnost da neutralizuje biološke i hemijske pretnje.