Schutzbekleidung

Künstliche Allomelanine schützen vor Giftgas und Insektiziden

Robert Klatt

Künstliche Allomelanine können Giftgas, Insektizide und andere Schadstoffe aus der Luft filtern. In Zukunft könnten sie als Schutzschicht in die Kleidung von Soldaten integriert werden.

Evanston (U.S.A.). Allomelanine, dies sind stickstofffreie Melanin-Varianten, kommen in der Natur unter anderem in Pilzzellwänden vor. Dort hilft die Pigmentgruppe den Pilzen auch in unwirtlichen Umgebungen zu überleben. Bisher konnte die Wissenschaft ihre komplette Struktur oder ihre genauen Eigenschaften aber noch nicht herausfinden, weil Allomelanine in der Umwelt nur im Verbund mit Polysacchariden und Proteinen jedoch nicht pur existieren.

Ein Team der Northwestern University in Evanston unter Leitung von Nathan Gianneschi hat nun eine künstliche Variante dieser Pigmentgruppe erzeugt. Die künstlichen porösen Minisphären bestehen laut der Publikation im Journal of the American Chemical Society aus demselben Grundbaustein. Sie könnten deshalb dabei helfen, die Naturversion der Allomelanine besser zu verstehen.

Kunst-Allomelanine als Schutzbeschichtung

Das von der Defense Threat Reduction Agency (DTRA) und dem Air Force Office of Scientific Research finanzierte Forschungsprojekt eröffnet aber auch praktische Nutzungsmöglichkeiten, die vor allem für das Militär relevant sind. Weil das poröse Pigment Gift- und Schadstoffe absorbiert, können die Kunst-Allomelanine zur Herstellung neuer Schutzbeschichtungen verwendet werden.

1,8-Dihydroxinaphtalin als Ausgangsmaterial

Das Ausgangsmaterial der Kunst-Allomelanine ist ein bekanntes Monomer der Pilzversion namens 1,8-Dihydroxinaphtalin. Mithilfe des Oxidationsmittels Natriumperiodat lagerte sich dieses Monomer zu Oligomeren zusammen. Aus diesen Oligomeren entstanden dann winzige Sphären, die unter Zugabe von Methanol Poren bildeten. Anschließend konnten die Wissenschaftler deren Struktur mit weiteren Chemikalien variierten. Gianneschi vermutet, dass „das Methanol nur locker eingebundene Oligomere löst“.

Kunst-Allomelanine filtern Ammoniakgas

In Experimenten filterten die Kunst-Allomelanine Ammoniakgas. Auch eine Mischung aus Kohlendioxid (CO2) und Methan wurde getrennt, weil die Kunst-Allomelanine selektiv das CO2 aufnahmen.

In Versuchen würden überdies auch die giftigen Insektizide Diazinon und Paraoxon herausgefiltert. Diese werden in Experimenten exemplarisch für chemisch ähnliche Kampfstoffe verwendet. Die Entwickler der Kunst-Allomelanine hielten es deshalb für wahrscheinlich, dass die porösen Partikel als Entgiftungsmittel verwendet werden könnten.

Textilbeschichtung aus Kunst-Allomelaninen

Zur Überprüfung dieser These führten die Wissenschaftler ein weiteres Experiment mit dem Saringas-Analog Dimethylphosphonat durch. Auch dieser chemische Kampfstoff wurde durch die Kunst-Allomelanine, die als Textilbeschichtung genutzt werden, aufgenommen. Die Kunst-Allomelanine eignen sich demnach dafür als Schutzbeschichtung für Kleidung oder Schutzmasken, weil sie die Permeation des Gases verlangsamen oder potenziell sogar verhindern können.

Journal of the American Chemical Society, doi: 10.1021/jacs.1c00748

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