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像《绝世天劫》和《变形金刚》这样耗资数亿美元的好莱坞大片的制片人,似乎不太可能启发科学家开发一种超低成本的工具来快速检测空气中的化学武器。然而,一位前密歇根大学安娜堡分校(U.M.)的研究人员表示,他的想法是利用神经毒气解毒剂制造一种廉价的类似石蕊试纸的神经毒气传感器,这个想法是在几年前观看完DVD《勇闯夺命岛》后不久产生的。
在那部1996年迈克尔·贝的电影的高潮部分,化学武器专家斯坦利·古德斯皮德(由尼古拉斯·凯奇饰演)向自己的心脏注射了阿托品,以防止VX毒气导致的死亡。在和妻子一起看完这部电影后,李智锡对使用神经毒剂解毒剂解磷定(也称为2-PAM)来检测有机磷神经毒气(如VX和沙林)的存在产生了兴趣。
“我受到启发,使用解毒剂,因为解毒剂总是与毒药有很好的亲和力,”李说,他现在是麻省理工学院化学工程系的博士后研究员。“那是这项研究的开始。”
李和他的密歇根大学同事使用一种类似石蕊试纸的纸质传感器,设计成在接触到微量有毒气体后30秒内从蓝色变为粉红色(李说,尽管它看起来是粉红色的,但从技术上讲,它是红色的),成功检测到浓度低至十亿分之160的与沙林毒气相关的神经毒剂。研究人员最近在《先进功能材料》在线版上发表报告称,该传感器将来自神经毒气解毒剂的一组原子与一种在受力时会改变颜色的分子结合在一起。
“该测试可以使用简单的滤纸进行,并且感觉材料可以很容易地合成,”金仁相说,他是密歇根大学材料科学与工程;化学工程;和生物医学工程系的副教授。金在李和他的同事的研究过程中为他们提供了建议,他补充说,制造每张滤纸所用的化学试剂和溶剂的成本约为1美元。
“这项工作的创新之处在于我们不需要复杂的实验室规模的分析设备,”李说。“[通过一些]技术修改,我们也许能够以极低的成本轻松地将该传感器商业化。”
石蕊试纸测试是近年来开发的一些更复杂的化学和辐射检测工具的低技术替代方案。这些工具包括用于监测空气质量的自给式移动陆地和机载实验室,美国环境保护署(EPA)在过去十年中已投入数百万美元(pdf)。环保署的痕量大气气体分析仪(TAGA)巴士执行实时采样和分析,以检测极低水平的化学物质;该机构的机载光谱光度环境收集技术(ASPECT)飞机使用化学和放射性探测器,高分辨率数码摄影,视频和GPS技术,并结合复杂的软件来远程检测化学物质和辐射。此外,军方和急救人员使用的手持式化学剂监测器(CAM)设备重达数公斤,成本超过$6,500。当然,CAM设备也比石蕊试纸更复杂,例如,它可以检测和区分神经毒剂和起泡剂的蒸气,并显示它们的相对浓度。
纸质传感器将是为大量士兵和急救人员配备的更实用的替代方案。即使没有关于特定化学袭击的详细信息,石蕊试纸也可以警告他们戴上防毒面具。
密歇根州的研究人员目前正在开发一种方法,使感觉化学物质能够自组装成纳米纤维,从而可以制造一种新型的传感器设备,该设备可以提供三种不同的感觉信号——颜色变化、荧光显影和电导率变化,从而可以警告多种化学武器甚至生物武器(如炭疽)的存在,金说。
也许最大的考验还在前头——找到将这些技术商业化并将其交付给最需要它们的人手中的方法。