Проблема никуда не ушла: ученые все еще ищут способы обнаружения химического оружия

Химическая война — одна из самых разрушительных форм конфликта. Она использует токсичные химикаты для выведения из строя, нанесения вреда или убийства без какого-либо физического контакта. В разное время она привела к гибели десятков тысяч людей и затронула более миллиона человек, которые получили травмы и столкнулись с долгосрочными последствиями для здоровья.

Горчичный газ — это класс химических веществ, которые при комнатной температуре не являются газом. Это желто-коричневая маслянистая жидкость, способная испаряться, образуя токсичный туман. Немецкий химик Виктор Мейер усовершенствовал синтез горчицы, придав ей более стабильную форму, а затем газ приобрел международную известность во время Первой мировой войны и неоднократно использовался в качестве оружия.

Практически невозможно гарантировать, что горчичный газ никогда не будет использован в будущем, поэтому лучший способ подготовиться к такой возможности — разработать простой способ его обнаружения в полевых условиях. Химики и ученые в области материаловедения, стремятся придумать такой инструмент, но это требует решения ряда технологических проблем.

Горчичный газ повреждает организм на клеточном уровне. При попадании на кожу, в глаза или при вдыхании он легко растворяется в жирах и тканях и быстро проникает в организм. Затем он переходит в высокореакционноспособную форму, которая связывается с ДНК, белками и другими важными компонентами клеток и повреждает их. После реакции с ДНК ущерб необратим, химикат может нарушить нормальное функционирование клеток и привести к их гибели.

Воздействие горчичного газа может вызвать появление на коже крупных, наполненных жидкостью волдырей. Он также может вызывать сильное раздражение глаз, приводя к покраснению, отеку и даже к необратимой слепоте. При вдыхании он обжигает слизистую оболочку дыхательных путей, вызывая кашель, затрудненное дыхание и долгосрочное повреждение легких. Симптомы часто проявляются лишь через несколько часов, что затрудняет лечение.

Даже небольшое воздействие может вызвать серьезные проблемы со здоровьем. Со временем оно может ослабить иммунную систему и, как известно, повышает риск развития рака из-за воздействия на ДНК. Эффект даже однократного воздействия передается следующему поколению. Например, исследования выявили физические отклонения и расстройства у детей мужчин, подвергшихся воздействию иприта, а некоторые из них стали бесплодными.

Современные методы обнаружения иприта основаны на сложных химических технологиях. Они требуют дорогостоящих и хрупких приборов, которые трудно брать с собой на фронт, и которые не подходят для использования в полевых условиях для обнаружения токсичных химикатов. Эти приборы обычно предназначены для лабораторных условий, где они находятся в одном месте и требуют бережного обращения.

Некоторые ученые работали над созданием носимого электрохимического биосенсора, способного обнаруживать горчичный газ как в жидкой, так и в газообразной форме. Им удалось разработать миниатюрные устройства, передающие сигналы в режиме реального времени. Однако здесь возникла проблема со стабильностью. Ферменты деградируют, а окружающий шум может искажать сигнал. Из-за этой проблемы разработки не нашли успешного применения в полевых условиях.

Для упрощения обнаружения другие компании разработали полимерные тест-полоски с молекулярным отпечатком, предназначенные для обнаружения тиодигликоля, продукта распада горчичного газа. Они меняют цвет при контакте с газом, они недорогие, портативные и удобные в использовании в полевых условиях. Основная проблема заключается в том, что они обнаруживают химическое вещество, оставшееся после применения горчичного газа, а не его сам, что не так эффективно.

Одно из самых многообещающих достижений в этой области появилось в 2023 году. Речь идет о флуоресцентных зондах, которые меняют цвет при обнаружении химического вещества. Прибор представляет собой миниатюрный детектор, который обнаруживает или измеряет концентрацию целевого химического вещества и генерирует сигнал. Однако эти зонды остаются уязвимыми к внешним факторам, таким как влажность и температура, что означает их меньшую надежность в сложных полевых условиях.

Среди других разрабатываемых примеров устройство с химическим датчиком, которое семьи могли бы иметь дома, или даже в качестве носимого устройства. Однако носимые гаджеты — сложная задача, поскольку они должны быть компактными. Исследователи пытаются интегрировать крошечные наноматериалы в датчики, другие группы изучают, как использовать искусственный интеллект. Технология может помочь устройству быстрее интерпретировать данные и реагировать.

В настоящее время химик Оламилекан Джозеф Ибукун работает в Вашингтонском университете в Сент-Луисе в составе исследовательской группы под руководством Дженнифер Химстры и М. Г. Финна над обнаружением химических веществ. Команда надеется использовать опыт, полученный при работе с датчиками предыдущих поколений, для разработки простого и надежного способа быстрого использования в полевых условиях. Подход включает тестирование различных конструкций молекулярных датчиков на соединениях, имитирующих химическое оружие. Датчики будут инициировать каскад реакций, генерирующих яркий, многоцветный флуоресцентный сигнал в лабораторных условиях.

Ученые пытаются выяснить, с какими соединениями эти химикаты реагируют лучше всего, и какие из них могут быть хорошими кандидатами для использования в детекторе. Эти тесты позволяют определить, какое количество химиката должно находиться в воздухе, чтобы вызвать реакцию, которую можно обнаружить, а также как долго он должен находиться в воздухе, чтобы это произошло. Кроме того, ученые исследуют, как структура химических веществ, с которыми они работают, влияет на их реакцию. Некоторые реагируют быстрее других, и понимание их поведения поможет выбрать подходящие соединения для детектора. Он должен быть достаточно чувствительными для быстрого обнаружения даже небольших количеств иприта, но не настолько, чтобы часто давать ложноположительные результаты.

Даже без использования химического оружия некоторые его следы могут сохраняться в окружающей среде. Технологии, позволяющие быстро выявлять химическую угрозу в природе, могли бы предотвратить возникновение новых катастроф. Прекращение использования токсичных химикатов было бы наилучшим подходом к предотвращению повторения подобных случаев в будущем. Конвенция 1997 года запрещает производство, применение и накопление химического оружия. Однако такие страны, как Египет, Северная Корея и Южный Судан, не подписали и официально не приняли этот международный договор о контроле над вооружениями.

Так как приближается срок оплаты хостинга, призываю вас поучаствовать в этом донатом по ссылке.