Hemičari sa MIT-a dizajnirali su senzor koji detektuje male količine perfluoroalkil i polifluoroalkil supstanci (PFAS)ahemikalije koje se nalaze u ambalaži za hranu, posuđu sa neprijanjajućim slojem i mnogim drugim potrošačkim proizvodima.
Ova jedinjenja, poznata i kao „zauvek hemikalije“, jer se ne razlažu prirodno, povezana su sa raznim štetnim efektima na zdravlje, uključujući rak, reproduktivne probleme i poremećaj imunološkog i endokrinog sistema.
Koristeći novu tehnologiju senzora, istraživači su pokazali da mogu da otkriju nivoe PFAS-a od čak 200 delova na trilion u uzorku vode. Uređaj koji su dizajnirali mogao bi da ponudi način za potrošače da testiraju svoju vodu za piće, a takođe bi mogao biti koristan u industrijama koje se u velikoj meri oslanjaju na PFAS hemikalije, uključujući proizvodnju poluprovodnika i opreme za gašenje požara.
„Postoji stvarna potreba za ovim senzorskim tehnologijama. Zaglavljeni smo sa ovim hemikalijama dugo vremena, tako da moramo biti u mogućnosti da ih otkrijemo i rešimo ih“, kaže Timoti Svadžer, profesor hemije Džona D. Makartura na MIT-u i viši autor studije, koja se pojavljuje u PNAS-u.
Drugi autori rada su bivši postdoc MIT i glavni autor Sohiun Park i MIT diplomirani student Collette Gordon.
Premazi koji sadrže PFAS hemikalije se koriste u hiljadama potrošačkih proizvoda. Pored nelepljivih premaza za posuđe, oni se takođe obično koriste u vodoodbojnoj odeći, tkaninama otpornim na mrlje, kutijama za pice otporne na masnoću, kozmetici i peni za gašenje požara.
Ove fluorisane hemikalije, koje su u širokoj upotrebi od 1950-ih, mogu se ispustiti u vodu, vazduh i zemljište, iz fabrika, postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda i deponija. Pronađeni su u izvorima vode za piće u svih 50 država.
Agencija za zaštitu životne sredine je 2023. godine stvorila „savetodavno ograničenje zdravlja“ za dve najopasnije PFAS hemikalije, poznate kao perfluorooktanska kiselina (PFOA) i perfluoroktil sulfonat (PFOS). Ovi saveti zahtevaju ograničenje od 0,004 delova na trilion za PFOA i 0,02 delova na trilion za PFOS u vodi za piće.
Trenutno, jedini način na koji potrošač može da utvrdi da li njihova voda za piće sadrži PFAS je da pošalje uzorak vode u laboratoriju koja vrši ispitivanje masenom spektrometrijom. Međutim, ovaj proces traje nekoliko nedelja i košta stotine dolara.
Da bi napravio jeftiniji i brži način testiranja na PFAS, tim MIT-a je dizajnirao senzor zasnovan na tehnologiji bočnog protoka – isti pristup koji se koristi za brze testove na COVID-19 i testove na trudnoću. Umesto test trake obložene antitelima, novi senzor je ugrađen sa specijalnim polimerom poznatim kao polianilin, koji može da prelazi između poluprovodničkog i provodnog stanja kada se protoni dodaju u materijal.
Istraživači su ove polimere deponovali na traku nitroceluloznog papira i premazali ih surfaktantom koji može da izvuče fluorougljenike kao što je PFAS iz kapi vode postavljene na traku. Kada se to dogodi, protoni iz PFAS-a se uvlače u polianilin i pretvaraju ga u provodnik, smanjujući električni otpor materijala. Ova promena otpora, koja se može precizno izmeriti pomoću elektroda i poslati na spoljni uređaj kao što je pametni telefon, daje kvantitativno merenje količine PFAS-a.
Ovaj pristup funkcioniše samo sa PFAS koji su kiseli, što uključuje dva od najštetnijih PFASaPFOA i perfluorobutanoičnu kiselinu (PFBA).
Trenutna verzija senzora može detektovati koncentracije od čak 200 delova na trilion za PFBA i 400 delova na trilion za PFOA. Ovo nije dovoljno nisko da ispuni trenutne EPA smernice, ali senzor koristi samo delić mililitra vode.
Istraživači sada rade na uređaju većeg obima koji bi mogao da filtrira oko litar vode kroz membranu napravljenu od polianilina, i veruju da bi ovaj pristup trebalo da poveća osetljivost za više od sto puta, sa ciljem da se zadovolji veoma nizak savetodavni nivo EPA.
„Mi zaista zamišljamo sistem za domaćinstvo lak za upotrebu“, kaže Svager. „Možete zamisliti da ubacite litar vode, pustite je da prođe kroz membranu i imate uređaj koji meri promenu otpora membrane.
Takav uređaj bi mogao da ponudi jeftiniju, brzu alternativu trenutnim metodama detekcije PFAS. Ako se PFAS otkrije u vodi za piće, postoje komercijalno dostupni filteri koji se mogu koristiti na vodi za piće u domaćinstvu kako bi se smanjili ti nivoi.
Novi pristup testiranju bi takođe mogao biti koristan za fabrike koje proizvode proizvode sa hemikalijama PFAS, kako bi mogli da testiraju da li je voda koja se koristi u njihovom proizvodnom procesu bezbedna za ispuštanje u životnu sredinu.
