Комплект для обнаружения химических агентов Agentase - Agentase Chemical Agent Detection Kit

В Набор для обнаружения химических агентов (CAD) Agentase, ранее известный как Fido C1 CAD Kit, является фермент комплект для обнаружения химических веществ, содержащий шесть различных датчиков, предназначенных для обнаружения конкретных боевые отравляющие вещества (CWA) и другие токсичные химические загрязнители в следовых количествах. Набор поставляется в небольшом мешочке и может обнаруживать присутствие химических агентов в течение пяти минут.[1]

В 2004 году один из датчиков из набора Agentase CAD Kit, датчик нервного агента Agentase, был признан армией США одним из десяти «величайших армейских изобретений» 2003 года.[2]

История

Разработка Agentase CAD Kit сначала началась как сотрудничество между Алан Рассел от Питтсбургский университет и исследователи из Управление армейских исследований (ARO), заочный фундаментальный исследовательский компонент Исследовательская лаборатория армии США (ARL).[3][4]

Рассел исследовал связь между ферменты и полимеры и исследовал, как создать полимерная губка -подобный материал, который может определять pH-зависимые каталитическая активность ферментов. В начале 1990-х годов Рассел обратился к ARO с предложением об исследовании различных ферментов, которые по-разному реагировали на температуру и давление. Ученые из ARO приняли это предложение и координировали исследовательские усилия с Питтсбургским университетом.[3][4] Совместные усилия привели к открытию функционального каталитического буферизация система, которая могла обнаруживать присутствие нервно-паралитические вещества, а Рассел опубликовал статью об этом открытии в 2002 году.[5]

После публикации Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) и Агентство по уменьшению оборонной угрозы (DTRA) способствовал процессу превращения открытия в коммерчески жизнеспособный продукт, в результате чего был разработан портативный датчик нервно-паралитического агента, сенсор в форме ручки с ферментсодержащими полимерами на кончике, который мог идентифицировать присутствие нервно-паралитических агентов, таких как VX и зарин с изменением цвета с желтого на красный. Рассел и его бывший ученик Кейт ЛеДжюн затем стали соучредителями частной компании Agentase LLC по производству сенсоров на основе ферментов.[3][4][6]

В 2003 году компания Agentase LLC разработала кровь и кровь боевого качества. волдырь датчики, которые могут обнаруживать присутствие горчичный газ и другие цианистый водород и цианоген хлорид на базе агентов.[6] Примерно в то же время компания расширила возможности сенсора нервно-паралитического агента, разработав биополимерную салфетку, воспринимающую нервные агенты, - биосенсор на основе ферментов, который может обнаруживать нервно-паралитические агенты на поверхности, в растворе и в воздухе.[7] С помощью программы, разработанной главным ученым ARL Стивеном Ли, которая обеспечивала дезактивацию и защиту от химического оружия, Разведывательное управление США задействовали нервные датчики Agentase и датчики крови и волдырей на войне в обоих Ирак и Афганистан.[4][8]

К 2005 году компания Agentase LLC собрала воедино Agentase CAD Kit, который объединял нервные датчики с датчиками крови и волдыря в один комплект. Комплект Agentase CAD Kit продавался не только Министерство обороны США но и в чрезвычайных ситуациях первые респонденты и химические рабочие, которые работали с опасными материалами.[6]

В конце 2000-х годов компания Agentase LLC при поддержке исследовательской лаборатории армии разработала спрей Agentase Chemical Agent Disclosure (CAD), продукт на основе спрея, который обнаруживал присутствие нервно-паралитических агентов и определял их местонахождение на поверхности.[9][10][11] ООО Агентэсе позже было приобретено FLIR Systems в 2010.[12]

Датчики

Датчик нервно-паралитического агента

Датчик нервно-паралитического агента обнаруживает присутствие определенных химических агентов, считывая уровни pH цели за счет использования гидролитические ферменты. Ранее использование реакций каталитического гидролиза для разложения нервно-паралитических агентов сталкивалось с проблемами из-за последующего образования кислоты, которая приводила к серьезному падению уровня pH. Высокая концентрация нервно-паралитического агента вызвала буферная емкость превысить и резко упасть pH. Чтобы поддерживать pH в оптимальном диапазоне, датчик нервно-паралитического агента использовал низкомолекулярный материал, который превращался в основу только тогда, когда это было необходимо, то есть когда субстрат подвергался гидролизу и pH начинал падать. В датчике использовался фермент, продуцирующий кислоту, в сочетании с ферментом, продуцирующим основание, каждый с разными профилями активности, зависящими от pH, так что относительные скорости каждого фермента изменялись при изменении pH, вызывая стабилизацию уровней pH.[5]

Благодаря своей высокой чувствительности датчик нервно-паралитического агента продемонстрировал значительную устойчивость к факторам окружающей среды, таким как высокие температуры, а также к помехам со стороны других соединений. Также он имеет срок хранения от двух до трех лет.[2]

Биополимерная салфетка с чувствительностью к нервному агенту

Биополимерные салфетки, чувствительные к нервному агенту, действуют как биосенсор, способный обнаруживать определенные нервно-паралитические агенты на поверхностях, в растворе и в воздухе. Он поддерживает динамическое равновесие pH за счет использования pH-зависимой каталитической активности фермента, продуцирующего основание, и фермента, продуцирующего кислоту. Производство кислоты происходит из бутирилхолинэстераза (БХЭ) катализированный бутирилхолин гидролиз, в то время как производство основания происходит из уреаза катализированный мочевина гидролиз. Когда обе ферментные системы активны, pH остается постоянным. Однако присутствие нервно-паралитического агента вызывает холинэстераза стать подавленный и гидроксид-ион образование в результате гидролиза мочевины быстро увеличивает уровень pH.[7]

Биополимерная салфетка продемонстрировала несколько примечательных характеристик, в том числе высокую чувствительность к CWA, устойчивость к высоким температурам, почти мгновенную реакцию и срок годности до пяти лет.[8]

Операция

Спасатели могут использовать этот комплект для проведения перекрестного досмотра поверхности на наличие нерв (Серии G и V), кровь (AC), и волдырь (AC) агенты, кислоты, основания, альдегиды и окислители.[13] Набор Agentase действовал подобно светящейся палочке. Оператор сломал ампулу внутри корпуса сенсора, в результате чего раствор фермента превратился в губку. Затем губку наносили непосредственно на поверхность для сбора образца. Каждый датчик снабжен цветовыми кодами, так что результаты обнаружения химических веществ могут быть поняты персоналом, не имеющим обширной подготовки и навыков. Комплект использовался в ряде сценариев военного, правоохранительного и аварийного реагирования.[14]

Рекомендации

  1. ^ «Agentase ™ C1 (Ранее Fido C1 CAD Kit)». CBRNE Tech Index. Получено 30 августа, 2018.
  2. ^ а б Детектор нервных агентов назван одним из величайших армейских изобретений'". НаукаБлог. 22 июня 2004 г.. Получено 30 августа, 2018.
  3. ^ а б c "Люди времени". Университет Питтсбургского университета Times. 8 июля 2004 г.. Получено 30 августа, 2018.
  4. ^ а б c d «Основные инвестиции армии сегодня влияют на науку завтрашнего дня». Исследовательская лаборатория армии США. 5 февраля 2013 г.. Получено 30 августа, 2018.
  5. ^ а б Рассел, Алан; Эрбельдингер, Маркус; ДеФранк, Джозеф; Карр, Джоэл; Древон, Джеральдин (5 февраля 2002 г.). «Каталитические буферы позволяют определять нервно-паралитические агенты на основе ингибирования положительного ответа». Биотехнологии и биоинженерия. 77 (3): 352–357. Дои:10.1002 / бит.10152. PMID  11753944.
  6. ^ а б c Дэвис, Кристофер (15 декабря 2003 г.). «Министерство обороны проверит датчики агента нервно-паралитического действия». Pittsburgh Business Times. Получено 30 августа, 2018.
  7. ^ а б Эрбельдингер, Маркус (апрель 2003 г.). "Биополимерные салфетки, чувствительные к нервному агенту". Agentase - через Центр технической информации Министерства обороны.
  8. ^ а б Декер, Гилберт; Боде, Роберт; Далал, Сиддхартха; Дэвис, Джей; Форстер, Уильям; Сингли, Джордж (январь 2012 г.). «Улучшение фундаментальных исследований армии: отчет группы экспертов о будущем армейских лабораторий». RAND Corporation.
  9. ^ История исследовательской лаборатории армии США. 2017. с. 72. ISBN  9780160942310.
  10. ^ "Out, Damn'd Spot" (PDF). CBRNe мир: 48–52, 97. Весна 2010. Архивировано с оригинал (PDF) на 2018-08-31. Получено 2018-08-30.
  11. ^ «Спрей для раскрытия информации Agentase» (PDF). Прикладное решение ответа. Получено 30 августа, 2018.
  12. ^ "Agentase LLC (компания ICx, приобретенная FLIR Systems)". Инновационные работы. Получено 30 августа, 2018.
  13. ^ «Agentase C1 (Ранее Fido C1 CAD Kit)». CBRNE Tech Index.
  14. ^ «Комплект для обнаружения полевого химического агента». smhgroup.com.