Набор для обнаружения химических агентов (CAD) Agentase , ранее известный как Fido C1 CAD Kit, представляет собой набор для обнаружения химических веществ на основе ферментов , который содержит шесть различных датчиков, предназначенных для обнаружения конкретных боевых отравляющих веществ (CWA) и других токсичных химических загрязнителей в уровни следа. Набор поставляется в небольшом мешочке и может обнаруживать присутствие химических агентов в течение пяти минут. [1]
В 2004 году один из сенсоров из набора Agentase CAD Kit, сенсор нервного агента Agentase, был признан армией США одним из десяти «величайших армейских изобретений» 2003 года [2].
История
Разработка Agentase CAD Kit впервые началась в сотрудничестве между Аланом Расселом из Университета Питтсбурга и исследователями из Управления армейских исследований (ARO) , заочного компонента фундаментальных исследований Исследовательской лаборатории армии США (ARL) . [3] [4]
Рассел исследовал границу раздела между ферментами и полимерами и изучал, как создать материал, похожий на полимерную губку, который мог бы определять pH-зависимую каталитическую активность ферментов. В начале 1990-х Рассел обратился к ARO с предложением об исследовании различных ферментов, которые по-разному реагировали на температуру и давление. Ученые из ARO приняли предложение и скоординировали исследовательские усилия с Питтсбургским университетом. [3] [4] Совместные усилия привели к открытию функциональной каталитической буферной системы, которая могла бы обнаруживать присутствие нервно-паралитических агентов , и Рассел опубликовал статью об этом открытии в 2002 году. [5]
После публикации Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) и Агентство по снижению оборонных угроз (DTRA) способствовали процессу превращения открытия в коммерчески жизнеспособный продукт, в результате чего был разработан портативный датчик нервного агента в форме ручки. сенсор с ферментосодержащими полимерами на кончике, который может идентифицировать присутствие нервно-паралитических агентов, таких как VX и зарин, по изменению цвета с желтого на красный. Рассел и его бывший ученик Кейт ЛеДжюн затем стали соучредителями частной компании под названием Agentase LLC по производству сенсоров на основе ферментов. [3] [4] [6]
В 2003 году компания Agentase LLC разработала военные датчики крови и волдырей , которые могли обнаруживать присутствие иприт и других агентов на основе цианистого водорода и хлорида цианогена . [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 обеззараживание и защиту от химического оружия, разведывательное управление США использовало нервные датчики Agentase, а также датчики крови и пузырей во время войны как в Ираке, так и в Афганистане. . [4] [8]
К 2005 году компания Agentase LLC собрала комплект Agentase CAD Kit, который объединял нервные датчики с датчиками крови и волдыря в один комплект. Комплект Agentase CAD Kit продавался не только Министерству обороны США, но и службам экстренного реагирования и химическим работникам, работающим 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] Компания Agentase LLC была позже приобретена FLIR Systems в 2010 году. [12]
Датчики
Датчик нервно-паралитического агента
Датчик нервно-паралитического агента обнаруживает присутствие определенных химических агентов, считывая уровни pH цели с помощью гидролитических ферментов . Ранее использование реакций каталитического гидролиза для разложения нервно-паралитических агентов сталкивалось с проблемами из-за последующего образования кислоты, что приводило к серьезному падению уровня pH. Высокие концентрации нервно-паралитического агента привели к превышению буферной способности и резкому падению 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 гидролизовался и pH начинал падать. В сенсоре 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. Он также имеет срок хранения от двух до трех лет. [2]
Биополимерная салфетка с чувствительностью к нервному агенту
Биополимерная салфетка, чувствительная к нервным агентам, действует 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 бутирилхолинэстеразы (БХЭ) -catalyzed butyrylcholine гидролиз в то время как продукция базы проистекает из уреазы -catalyzed мочевины гидролиза. Когда обе ферментные системы активны, pH остается постоянным. Тем не менее, наличие нервно - паралитического агента вызывает холинэстеразы , чтобы стать ингибируется и ион гидроксида производство в результате гидролиза мочевины быстро повышает уровень рН. [7]
Биополимерные салфетки продемонстрировали 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
Сотрудники службы экстренной помощи могут использовать этот набор для проведения перекрестного обследования поверхности на наличие нервных (серии G и V), крови (AC) и волдырей (AC), кислот, оснований, альдегидов и окислителей. [13] Набор Agentase действовал как светящаяся палочка. Оператор сломал ампулу внутри цилиндра 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 без обширной подготовки и навыков. Комплект использовался в ряде сценариев военного, правоохранительного и аварийного реагирования. [14]
Рекомендации
- ^ «Agentase ™ C1 (Ранее Fido C1 CAD Kit)» . CBRNE Tech Index . Проверено 30 августа 2018 года .
- ^ а б «Детектор нервных агентов назван одним из« величайших армейских изобретений » » . ScienceBlog . 22 июня 2004 . Проверено 30 августа 2018 года .
- ^ а б в «Люди времени» . Университет Питтсбургского университета Times . 8 июля 2004 . Проверено 30 августа 2018 года .
- ^ а б в г «Основные инвестиции армии сегодня влияют на науку завтрашнего дня» . Исследовательская лаборатория армии США . 5 февраля 2013 . Проверено 30 августа 2018 года .
- ^ 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 положительной реакции». Биотехнология и биоинженерия . 77 (3): 352–357. DOI : 10.1002 / bit.10152 . PMID 11753944 .
- ^ а б в Дэвис, Кристофер (15 декабря 2003 г.). «Министерство обороны проверит датчики агента нервно-паралитического действия Agentase» . Питтсбург Бизнес Таймс . Проверено 30 августа 2018 года .
- ^ а б Эрбельдингер, Маркус (апрель 2003 г.). «Биополимерные салфетки, чувствительные к нервному агенту» . Agentase - через Центр технической информации Министерства обороны.
- ^ 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» . Корпорация РЭНД .
- ^ История исследовательской лаборатории армии США . 2017. с. 72. ISBN 9780160942310.
- ^ "Out, Damn'd Spot" (PDF) . CBRNe World : 48–52, 97. Весна 2010. Архивировано из оригинального (PDF) 31 августа 2018 года . Проверено 30 августа 2018 .
- ^ «Спрей для раскрытия информации Agentase» (PDF) . Прикладное решение для отклика . Проверено 30 августа 2018 года .
- ^ «Agentase LLC (компания ICx, приобретенная FLIR Systems)» . Инновационные работы . Проверено 30 августа 2018 года .
- ^ «Agentase C1 (Ранее Fido C1 CAD Kit)» . CBRNE Tech Index .
- ^ «Комплект для обнаружения полевых химических агентов» . smhgroup.com .