Metalorganiske rammer:et frisk pust til gasmasker

Den 7. april i år, et formodet kemisk angreb på den syriske by Douma blev rapporteret at have dræbt mindst 40 mennesker og såret op til 500, herunder kvinder og børn. Syrien havde gjort verden kendt for sin kemiske våbenkapacitet seks år tidligere, med en offentlig erklæring om sin hensigt om at bruge dem mod ethvert udenlandsk overfald. Under Saddam Hussein, Irak førte kemisk krigsførelse mod Iran og sin egen civile kurdiske befolkning, inklusive det berygtede angreb på Halabja i 1988, der dræbte 5000 kurdere.

Ikke engang en almindelig gasmaske ville have skånet disse ofre for en forfærdelig død. Udbredt af militæret til at beskytte mod sennepsgasangreb i Første Verdenskrig, teknologien i maskerne, forbavsende, er ikke blevet opdateret siden.

Da australske soldater med base i Mosul blev udsat for et lavgradigt kemisk angreb fra Islamisk Stat i april 2017, Forsvarsministeriet indså, at en løsning fra det 21. århundrede var nødvendig. Søger efter nogen med evnen til at udvikle en forbedret beholder, det henvendte sig til lektor Matthew Hill, den etablerede "eksperimentelle" fælles udnævnelse mellem Monash Universitys kemiingeniørafdeling og CSIRO.

Hill – en ARC Future Fellow, Årets victorianske ung høje valmue 2011, Vinder af Eureka-prisen 2012 og vinder af premierministerens pris for videnskab 2014 – arbejder 50-50 mellem de to organisationer, drager fuld fordel af forskningskapaciteten i universitetets kemiingeniørafdeling og den industrielle muskel i landets videnskabs- og teknologilaboratorium.

"De nuværende beholdere i gasmasker er blevet brugt af soldater siden 1. Verdenskrig, og er ikke blevet forbedret siden, " siger lektor Hill.

"De tilbyder stort set ingen beskyttelse mod almindelige kemikalier som klor og ammoniak, så vi har fået til opgave at lave en ny beholder, der kan. Vi har allerede fundet en forbedring op til en faktor 40 ved hjælp af metal-organiske rammer. CSIRO ville aldrig have leveret denne teknologi uden Monashs involvering, så vi ved, at dette forhold fungerer.

''Når de er på markedet, de vil være nyttige for alle, der har brug for en mere sikker gasmaske, inklusive vores soldater, men også brandmænd, minearbejdere og bygningsarbejdere."

Metal-organiske rammer (MOF'er) er forskningsmæssigt omdrejningspunkt i dette innovative forhold. Meget porøse materialer, der gør det muligt at opbevare, adskille, frigive eller beskytte gasser eller væsker, MOF'er har det største indre overfladeareal af noget kendt materiale, og tilbyder en virkning fra den virkelige verden lige så vigtig som at filtrere giftige kemikalier gennem en beskyttende maske.

Lektor Hill udnytter ingeniørernes knowhow til at gøre videnskaben om MOF'er gældende for brugbare produkter, og den 20 år gamle MOFs-teknologi skaleres nu op til at producere op til 15 kg af materialet i pelletform - en global førstegangs.

"Ingen andre rundt om i verden laver denne form for grundlæggende videnskab kombineret med procesteknik i stor skala på MOF'er, " siger Monashs chef for kemiteknik, Professor Mark Banaszak Holl. "Anvendelse af tekniske processer til kemien i MOF'er, mens du bruger CSIRO's faciliteter, Australian Synchrotron og Melbourne Center for Nanofabrication, alle placeret inden for en kort gåtur fra hinanden, er noget, der ikke er tilgængeligt andre steder i verden. Denne fælles udnævnelse, på dette specifikke sted, giver Matthew mulighed for unikt at forfølge MOF-applikationer, som den forbedrede gasmaskebeholder, meget succesfuldt."

For lille til ikke at koordinere

Den fælles udnævnelse giver mulighed for at samle ressourcer inden for et begrænset lokalt økosystem. "Australien er så lille et innovationssystem, at vi ikke kan have organisationer, der underbyder hinanden, " siger lektor Hill. "Sammenlignet med hvem vi konkurrerer mod globalt, vi er et meget lille land, og det er meget bedre blot at kombinere vores begrænsede ressourcer."

"Matthew kunne ikke have lavet sin utrolige forskning på MOF'er, der sidder isoleret i en kemiingeniørafdeling et eller andet sted, " siger professor Banaszak Holl.

"Og det ville også have været umuligt at gøre det alene i CSIRO, på grund af deres branchefokus. Det er styrken ved denne type fælles arrangement, der tilbydes på dette særlige ingeniørfakultet. Det er meget unikt placeret." Fra CSIROs perspektiv, et tæt samarbejde med Monash giver det direkte adgang til Ph.D. af høj kvalitet. og postdoc-studerende, giver det mulighed for bedre at levere kommercielle løsninger.

"For CSIRO, dette partnerskab er ideelt, da det tillader både dybdegående undersøgelse og kommerciel udforskning af disse spændende materialer, " siger Dr. John Tsanaktsidis, forskningsdirektøren for CSIRO Manufacturings Advanced Fiber and Chemical Industries (AFCI) program.

Uddanne og skabe fremtidens industri

Endnu et projekt med klar betydning, opfanger kuldioxid ud af luften ved hjælp af MOF'er, arbejder sig også ind på markedspladsen.

Dr. Munir Sadiq, der afslutter en ph.d. projekt under fælles supervision af lektor Hill og professor Kiyonori Suzuki fra Monashs afdeling for materialevidenskab og teknik, kombineret magnetiske nanopartikler med MOF'er for at demonstrere opsamling og frigivelse af CO2 til halvdelen af ​​de nuværende omkostninger. Han arbejder nu i et team med at udvikle en prototype, der tiltrækker masser af interesse.

"Jeg bruger i øjeblikket stadig CSIROs faciliteter til at gennemføre de laboratorieeksperimenter, der er nødvendige for at bevise, at teknologien er 100 procent kommercielt levedygtig, " siger Dr. Sadiq.

Som international studerende fra Nigeria, han taler meget om sin erfaring inden for det samarbejdende og støttende netværk. "Uden den fælles udnævnelse, det er højst usandsynligt, at disse to forskningsområder ville være gået sammen for at tillade et projekt som dette, " han siger.

Teknologisk iværksætteri

På trods af fremskridt, Lektor Hill mener, at Australien stadig langsomt opbygger sin kapacitet til at fremme denne type teknologisk iværksætteri. Landet har de rigtige mennesker til at få det til at ske, herunder Chief Scientist Alan Finkel (også en meget succesfuld forretningsinnovator), CSIRO CEO Larry Marshall (beskrevet som en "serieiværksætter"), selv premierminister Malcolm Turnbull, som tilbragte mange år som teknologiiværksætter, før han gik ind i føderal politik.

I forsknings- og udviklingsområdet, Lektor Hill har én vigtig anbefaling. "Universiteterne presser på for, at folk engagerer sig i industrien. Så jeg vil sige til alle, der ville lytte, gør det ikke på en måde, der underbyder CSIRO, fordi det er et nulsumsspil for landet. Vi har ikke brug for, at to mennesker banker på den samme dør og beder om det samme. Selvom det kan hjælpe en organisations bundlinje midlertidigt, den tager den lige af den anden – som nok alligevel er nede på gangen i samme bygning."