Forskere udvikler en prisbillig sensor til blyforurening

For at opnå sådanne niveauer af nøjagtighed kræver strømtestning en enhed kaldet et induktivt koblet plasmamassespektrometer. "Disse opsætninger kan være store og dyre," siger Sia. Prøvebehandlingen kan tage dage og kræver erfarent teknisk personale.

Selvom det nye chipsystem, de udviklede, er "kernedelen af ​​innovationen," siger Ranno, vil der være behov for yderligere arbejde for at udvikle dette til en integreret, håndholdt enhed til praktisk brug. "For at lave et faktisk produkt, skal du pakke det ind i en brugbar formfaktor," forklarer han. Dette ville indebære at have en lille chip-baseret laser koblet til den fotoniske chip.

"Det er et spørgsmål om mekanisk design, noget optisk design, noget kemi og at finde ud af forsyningskæden," siger han. Selvom det tager tid, siger han, er de underliggende koncepter ligetil.

Systemet kan tilpasses til at detektere andre lignende forurenende stoffer i vand, herunder cadmium, kobber, lithium, barium, cæsium og radium, siger Ranno. Enheden kunne bruges med simple patroner, der kan skiftes ud for at detektere forskellige elementer, hver ved hjælp af lidt forskellige kroneethere, der kan binde til en specifik ion.

"Der er det problem, at folk ikke måler deres vand nok, især i udviklingslandene," siger Ranno. "Og det er, fordi de skal indsamle vandet, forberede prøven og bringe det til disse enorme instrumenter, der er ekstremt dyre."

I stedet "at have denne håndholdte enhed, noget kompakt, som selv utrænet personale bare kan bringe til kilden til overvågning på stedet, til lave omkostninger," kunne gøre regelmæssig, løbende udbredt test mulig.

Hu, som er John F. Elliott-professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab, siger:"Jeg håber, at dette vil blive implementeret hurtigt, så vi kan gavne det menneskelige samfund. Dette er et godt eksempel på en teknologi, der kommer fra en laboratorieinnovation, hvor det kan faktisk have en meget håndgribelig indflydelse på samfundet, hvilket selvfølgelig er meget tilfredsstillende."

"Hvis denne undersøgelse kan udvides til samtidig påvisning af flere metalelementer, især de nuværende radioaktive grundstoffer, ville dens potentiale være enorm," siger Hou Wang, lektor i miljøvidenskab og ingeniørvidenskab ved Hunan Universitet i Kina, som ikke var forbundet med dette arbejde.

Wang tilføjer, "Denne forskning har konstrueret en sensor, der er i stand til øjeblikkeligt at detektere blykoncentrationen i vand. Denne kan bruges i realtid til at overvåge blyforureningskoncentrationen i spildevand, der udledes fra industrier som batterifremstilling og blysmeltning, hvilket letter etableringen af industrielle spildevandsovervågningssystemer Jeg synes, de innovative aspekter og udviklingspotentialet ved denne forskning er ret prisværdige."

Wang Qian, en hovedforsker ved Institute of Materials Research i Singapore, som heller ikke var tilknyttet dette arbejde, siger:"Evnen til gennemgribende, bærbar og kvantitativ påvisning af bly har vist sig at være udfordrende, primært på grund af omkostningerne. Dette arbejde demonstrerer potentialet til at gøre det i en meget integreret formfaktor og er kompatibel med lavprisfremstilling i stor skala."

Holdet omfattede forskere ved MIT, ved Nanyang Technological University og Temasek Laboratories i Singapore, ved University of Southampton i Storbritannien og hos virksomheder Fingate Technologies i Singapore og Vulcan Photonics med hovedkontor i Malaysia. Arbejdet brugte faciliteter på MIT.nano, Harvard University Center for Nanoscale Systems, NTU's Center for Micro- and Nano-Electronics og Nanyang Nanofabrication Center.

Flere oplysninger: Luigi Ranno et al., Crown ether dekoreret silicium fotonik til sikring mod blyforgiftning, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47938-6

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Massachusetts Institute of Technology

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.