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2013年,叙利亚军方涉嫌将沙林毒气火箭发射到叛军控制的镇子上,造成数百人死亡。经过外交斡旋,叙方同意销毁这些武器。之后,国际组织开始了这项危险的工作。处理化学武器的一个障碍是:温湿环境很快就会将能够废掉化武中致命化学物质的酶分解掉。现在,研究人员开发出一种极为稳定的化合物,这种化合物在几分钟之内就能够将沙林之类神经性毒剂的活性阻断。
为了制造出这种化合物,美国伊利诺斯州西北大学化学家奥马尔·法哈等人在大自然中寻找灵感。细菌产生一种叫作磷酸三酯酶的酶,这种酶能够以极快的速度阻断某些杀虫剂以及化学类神经性毒气的活性,在数毫秒的时间内就能够销毁化学武器。但是,这样的酶很不稳定,极易降解。
研究人员利用金属有机骨架进行研究。金属有机骨架是最近开发出来的一类由金属构成的多孔化合物,其中的金属被排列在由碳基分子连接的晶体网状结构中。金属有机骨架是具有高度适应性的材料,科学家们可以通过换掉其中的金属或换掉连接分子来优化这种材料,使其具有多种用途,例如用于二氧化碳的捕获以及氢和甲烷的存储。由于金属有机骨架是多孔结构,因而这种材料拥有较大的表面积,可以快速产生化学键,使其成为理想的催化剂候选材料。
在天然磷酸三酯酶中,两个锌原子充当所谓的路易斯酸,接受跟神经毒剂结合的电子。一旦跟这种毒剂结合在一起,就会发生水解——水分子开始袭击这种毒剂,将基本化学键切割开来,从而使其失去活性。研究人员设计了一种具有同样结构的金属有机骨架,但是他们利用锆代替了锌,锆同样能够起到路易斯酸的作用,有利于制造一种超稳定的金属有机骨架。
研究人员针对一种化学性质类似神经毒剂的杀虫剂测试了这种被称为NU-1000的化合物,在15分钟之内,NU-1000使一半的杀虫剂失去了活性。对于这种有毒化学物质,这是利用金属有机骨架所取得的最快分解速度。
研究小组将这种化合物送到美国陆军设备处,测试表明,这种化合物破坏梭曼的速度比以前的金属有机骨架快了80倍。而梭曼是一种比沙林毒性更强的化学武器。
可是,要想备好NU-1000,随时将其投入使用,还需要做更多的研究。比如,将NU-1000用在防毒面具上的话,其净化毒气的速度还不够快,因为防毒面具中的空气一定要尽快得到净化,以便适合战士们呼吸。
研究人员希望,他们最终能够在投产之前预测到这种化学物到底会发挥多大的作用。