Collège militaire royal du Canada
Science des matériaux et le génie
Surfaces réactives pour la détoxification des agents chimiques
Dr. James Wojtyk
Les événements récents qui ont ébranlés le monde ont attiré l’attention des communautés sceintifiques et politiques sur la menace des agents chimiques (AG). Pendant que plusieurs agents chimiques comme le gas moutarde et les agents neurotoxiques composés d’organophosphate (sarin, tabun et VX) sont déjà considéré puisque qu’ils ont déjà étés synthétisé et sont connus pour être déjà entreposée prêt pour être utilisé, ces agents sont très toxiques.
Même si les barrières économiques et techniques envers l’acquisition de ces agents ont diminué, il y a tout de même des efforts concertés pour le développement de nouvelle méthode de détection, de portection et de décontatmination de ces matériaux. Cependant, l’approche conventionnelle de décontamination, c’est-à-dire l’incinération et/ou l’hydrolise/oxydation, sont embouées par des incertitudes envers la sécurité publique et environnementale. Similairement, les costumes de protection sont encombrant et procurent une capacité de protection limitée due à leur dépendance sur l’adsorption du charbon activé. Il y a un besoin de matériel qui peut éliminé les agents chimiques sans addition de réactifs pour l’avancement de la détection et pour la technologie de protection.
Dans un effort pour trouver de plus sécuritaire et de plus efficaces alternatives, l’attention c’est tourné vers la dégradation enzymatique des agents chimiques dû à la spécificité enzymatique et au taux rapide de changement. L’hydrolase organophosphore (OPH) peut hydrolyser les agents chimiques qui contiennent les liaisons P-O, P-S, P-CN et P-F. Par son unique réactivité envers les agents neurotoxiques, les stratégies d’immobilisation et d’encapsulement sont sous développement pour augmenter la stabilité et l’activité de l’OPH.
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| Structure de l'OPH | |
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Malgré le fait que le dégradation enzymatique des agent neurotoxiques organophosphates (OP) est possible, celle-ci ne l’est pas pour le gas moutarde. La seule méthode pour la détoxification est la substitution nucléophilique (par exemple amine) à la chlorine aliphatique ou par oxydation partielle du sulphure au sulphoxyde. La stoichiométrie du système est limité dans la capacité de protection parce que la réaction est irréversible et le matériel réactif est consommé.
Dans la détoxification à l’échelle réelle, ainsi que la détection des agents chimiques, l’activité de l’OPH doit être maintenue dans la présence d’autres agents chimiques. Cependant, le gas moutarde implique une réaction irréversible de désactivation et de dénaturation par les enzymes. Donc, dans le but de promouvoir tous les avantages du OPH, un mécanisme parallèle de désactivation du gas moutarde doit être incorporée dans toutes les approches utilisées.
Ce projet fait l’objet du développement de la technology d’un film infiniment fin qui serait capable similtanément de détecter et de détoxifier le gas moutarde et les agents neurotoxiques. La formation de surfaces mono-couches organiques sur des semiconducteurs (e.g. silicon) est une route attractive pour l’introduction de produits chimiques et biochimiques stables de functionnalité à des surfaces. La réaction de n-alcènes avec des surfaces de Si-H sous des conditions photochimiques est une route simple envers la passivation des surfaces et peut être utilisé pour incorporer un groupe fonctionnel carboxylique dans la mono-couche si l’alcène utilisé est un acide undécylénique. Les mono-couches formées sont plattes au niveau de l’angstrom et elles ont une augmentation de la stabilité hydrolytic (HF, KOH) due à l’ordre de la structure. Cette stabilité est cruciale particulièrement si les propriétés du semiconducteur intrinsèque seront exploitées pour le développement d’un détecteur.
Les enzymes hydrolytiques et spécifiques aux esters organohosphates seront immobilisés sur des microsurfaces et le taux de vapeur et de liquide-phase des agents chimiques qui stimulent la désactivation seront investigués avec des techniques de spectrophotométrie. Ce projet est en collaboration avec le Conseil Nationale de Recherche du Canada.
Pour de plus amples renseignements, s’il-vous-plaît contacter Dr. James Wojtyk : James.Wojtyk@rmc.ca
