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利 用 纳 米 技 术 检 测 神 经 毒 剂
Using Nanotechnology to Detect Nerve Agents
马 克 ·N· 戈 尔 齐 , 美 国 空 军 退 役 中 校 / 博 士 (Lt Col Mark N. Goltz, PhD, USAF, Retired)
金 东 石 博 士 (Dr. Dong Shik Kim)
李 安 · 拉 奇 , 美 国 空 军 少 校 / 博 士 (Maj LeeAnn Racz, PhD, USAF)*
米 技 术 用 途 广 泛 , 其 潜 在 影 响 涉 及
纳 医 学 、 消 费 产 品 等 许 多 不 同 领 域 。
美 国 空 军 理 工 学 院 与 托 莱 多 大 学 (University
of Toledo) 合 作 , 正 在 探 索 利 用 纳 米 级 有 机
基 质 检 测 有 机 磷 酸 酯 (OP) 神 经 毒 剂 的 可 能
性 。 现 有 的 OP 化 合 物 检 测 技 术 既 费 钱 又 费
时 。 研 发 纳 米 级 有 机 基 质 传 感 器 , 将 可 在 实
战 条 件 下 实 现 直 接 和 实 时 感 测 。 本 文 论 述 此
种 传 感 器 的 科 学 原 理 及 其 可 能 的 用 途 。
高 性 能 传 感 器 对 于 保 护 军 人 和 平 民 免 受
攻 击 极 为 重 要 。 当 前 作 战 准 则 要 求 空 军 单 位
在 遭 受 化 生 武 器 攻 击 后 两 小 时 内 能 够 继 续 执
行 其 主 要 作 战 任 务 。 1 能 否 达 到 两 小 时 内 继
续 作 战 的 目 标 , 可 能 对 作 战 行 动 的 胜 负 有 很
大 影 响 。 但 是 目 前 采 用 的 OP 检 测 能 力 在 灵
敏 度 、 操 作 时 间 紧 迫 性 和 易 操 作 性 方 面 都 不
理 想 , 很 难 达 到 规 定 的 两 小 时 时 限 要 求 。
一 旦 发 生 化 学 攻 击 , 军 事 人 员 必 须 拥 有
最 灵 敏 和 最 快 速 的 检 测 手 段 , 以 检 测 化 学 毒
剂 和 测 定 其 浓 度 。 例 如 ,VX 是 杀 伤 力 最 强
和 最 持 久 的 神 经 毒 剂 之 一 , 如 接 触 到 浓 度 大
约 为 1.2 毫 克 / 立 方 米 (mg/m 3 ) 的 VX 毒 剂 ,
接 触 人 群 在 10 分 钟 之 后 的 死 亡 率 为 50%。 2
这 个 浓 度 相 当 于 在 覆 盖 一 个 足 球 场 的 一 米 高
的 空 气 层 中 加 入 大 约 一 茶 匙 的 毒 剂 。 我 们 目
前 使 用 的 设 备
OP = 有 机 磷 酸 酯
能 够 很 容 易 地
DMMP = 甲 基 磷 酸 二 甲 酯
检 测 到 这 个 浓
OPH = 有 机 磷 水 解 酶
度 水 平 的 VX
毒 剂 。 但 是 如 果 VX 的 浓 度 降 低 至 大 约 0.08
mg/m 3 ( 降 低 15 倍 ), 接 触 三 小 时 之 后 仍 然
会 导 致 死 亡 。 不 幸 的 是 , 这 样 的 低 浓 度 处 于
或 低 于 常 规 化 学 战 剂 检 测 设 备 的 检 测 下 限 。
如 接 触 到 浓 度 大 约 为 0.01 mg/m 3 的 VX 毒
剂 , 接 触 人 群 在 10 分 钟 之 后 有 50% 将 受 到
会 妨 碍 任 务 执 行 能 力 但 非 致 命 的 影 响 , 例 如
出 现 针 状 瞳 孔 、 恶 心 或 呕 吐 等 症 状 。 3 这 个
浓 度 相 当 于 在 覆 盖 100 个 足 球 场 的 一 米 高 的
空 气 层 中 加 入 一 茶 匙 的 毒 剂 。 如 果 无 法 有 效
地 检 测 这 些 低 浓 度 VX 污 染 , 执 行 重 要 任 务
的 作 战 人 员 会 丧 失 作 战 能 力 , 从 而 无 法 完 成
任 务 。 另 一 方 面 , 在 化 学 战 剂 浓 度 不 清 楚 时 ,
作 为 保 守 措 施 , 指 挥 官 也 许 会 命 令 作 战 人 员
穿 戴 单 兵 防 毒 装 具 。 防 毒 装 具 虽 具 保 护 作 用 ,
但 也 会 阻 碍 作 战 人 员 有 效 执 行 任 务 。 因 此 ,
有 效 监 测 环 境 中 的 微 量 化 学 战 剂 , 可 使 作 战
人 员 在 适 当 的 时 候 脱 掉 防 毒 装 具 , 减 轻 穿 戴
全 身 防 护 服 带 来 的 身 心 压 力 。 4 再 者 , 鉴 于
包 括 儿 童 和 老 人 的 平 民 群 体 对 低 浓 度 化 学 战
剂 的 影 响 更 为 敏 感 , 因 而 需 要 改 进 传 感 器 的
使 用 性 能 , 以 防 发 生 对 平 民 百 姓 的 恐 怖 攻 击 。
空 军 生 物 环 境 工 程 作 战 单 位 目 前 拥 有 现
场 空 气 危 险 污 染 物 检 测 系 统 , 能 够 检 测 、 识
别 和 测 量 浓 度 很 低 的 化 学 战 剂 , 使 作 战 人 员
能 评 估 接 触 风 险 。 5 这 种 系 统 采 用 气 相 色 谱
法 , 需 要 采 集 —— 有 时 还 需 要 预 处 理 —— 气
体 或 液 体 样 本 , 然 后 把 它 们 注 入 一 个 分 离 柱
( 图 1)。 目 标 物 质 通 过 分 离 柱 之 后 , 其 分 子
* 戈 尔 齐 博 士 和 拉 奇 少 校 在 美 国 空 军 理 工 学 院 系 统 和 工 程 管 理 学 系 任 教 。 金 东 石 博 士 是 托 莱 多 大 学 化 学 和 环 境 工 程 学 系 的 教 授 。
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