Registrering af giftig PFAS med en sensor i chipstørrelse

PNNL har patenteret en præcis og bærbar måde til at detektere små mængder af et ekstremt persistent giftigt kemikalie, der ophobes i vores kroppe og vores miljø.

Per- og polyfluoroalkylstoffer (PFAS) er farlige, menneskeskabte kemikalier, der bruges i produkter såsom non-stick køkkengrej, vandtæt tøj, mademballage, og brandslukningsskum, fordi de frastøder vand og olier. De nedbrydes ikke naturligt, og der er ingen kendt hurtig løsning for at ødelægge dem. Flere undersøgelser har knyttet PFAS - som forbliver i miljøet længe - til forhøjet kolesterol, fedme, svækket immunsystem, hormonforstyrrelser, problemer med skjoldbruskkirtlen, og kræft.

Det føderale sundhedsrådgivende niveau for PFAS er 70 dele pr. omtrent lig med et gran salt i 1, 000 liter vand. Nogle amerikanske stater har endnu strengere niveauer, der er en brøkdel af det. Niveauerne er så lave, at vandprøver skal sendes til et laboratorium til måling ved hjælp af følsomme analysemetoder. Vanskeligheden med hurtigt at opdage og måle PFAS -tilstedeværelse ved kilden gør afhjælpning udfordrende.

PNNL -forskere udviklede en lille enhed til hurtigt og præcist at måle perfluoroctansulfonsyre (PFOS), som er en type PFAS, med New Jersey Institute of Technology (NJIT). Den proprietære lab-on-a-chip-sensor kan registrere PFOS-niveauer, der er to størrelsesordener lavere end den føderale sundhedsrådgivning-0,5 dele pr. Billion. Dette giver en hidtil uset og bekvem måde at registrere minimale mængder PFOS i vand nøjagtigt, på side, og i realtid. Enheden er lille nok, og udfører hurtigt nok, at levere måledata for brug. Derudover PNNL udvider enhedens evne til at detektere alle former for PFAS -forurenende stoffer.

"Rent vand er vigtigt. Det er også vigtigt at kunne identificere kilder til PFAS -forurening, "sagde Radha Motkuri, en PNNL -materialeforsker. "Vi forestiller os en verden, hvor denne lab-on-a-chip kan indsættes med det samme og bredt."

Lab-on-a-chip PFAS-sensor

Hurtig, påvisning på stedet af super-lave niveauer af PFAS og PFOS er et vigtigt skridt til beskyttelse af menneskers sundhed. Historisk set test tager flere timer til et par dage - minimum. Med PNNLs bærbare sensor, PFOS-niveauer kan umiddelbart måles på stedet.

"Sidste år, vi arbejdede med PFOS -indfangning, og vi fortsætter med at udvikle materialer, der vil fange yderligere PFAS -molekyler fra vand, "sagde Motkuri." Men vi ønskede at udvikle et værktøj, der hurtigt og præcist kan kvantificere PFAS på stedet. "

Sensoren ligner et mikroskopglas med en lille labyrint zigzagende igennem. Vandprøver strømmer gennem labyrinten og ind i et svampelignende materiale i midten. Alle PFOS- eller PFAS -molekyler i vandprøven fanges af svampen, mens andre molekyler passerer igennem.

Når en elektrisk strøm pulserer gennem sensoren, den fangede PFAS forårsager en ændring i strømmen. Denne ændring giver en øjeblikkelig måling af PFAS -koncentration i prøven.

Ser frem til mindre PFAS

PNNLs anvendelsespunktsensor har potentiale til at blive brugt til påvisning af andre foruroligende kemikalier, der truer menneskers sundhed og miljøet. PNNL- og NJIT -teamet arbejder på at udvide denne teknologi til at detektere andre PFAS -molekyler - herunder PFOA, PFBA, PFBS, og GenX - i forskellige grundvandskilder.

PFAS -sensoren er patentanmeldt, og teknologien er tilgængelig for licensering.

"En række forskellige sektorer kunne bruge denne teknologi, herunder miljøsanering, kommunalt vand, kemisk fremstilling, råolie, og forsvar, "sagde Allan Tuan, PNNL kommercialiseringschef. "Dette er et spændende gennembrud for hurtigt at opdage og måle PFOS og andre forurenende stoffer."

PFAS-sensoren er fokus for "Metal-Organic Framework-Based Microfluidic Impedance Sensor Platform for Ultrasensitive Detection of Perfluorooctanesulfonate, "et papir udgivet i 4. marts udgave af ACS -anvendte materialer og grænseflader .