Cercetătorii dezvoltă un dispozitiv portabil care detectează rapid și precis PFAS în apă
Substanțele per- și polifluoroalchilice (PFAS), cunoscute și sub denumirea de „substanțe chimice veșnice”, sunt compuși sintetici extrem de rezistenți la degradare, care se pot acumula în apă, sol și organismele vii. Deoarece pot prezenta riscuri pentru sănătatea umană și pentru mediu, detectarea lor reprezintă un prim pas esențial.
În mod tradițional, analiza PFAS presupune recoltarea probelor și transportarea lor la laboratoare specializate, dotate cu instrumente avansate de spectrometrie de masă. Deși foarte sensibile și precise, aceste metode sunt costisitoare și consumatoare de timp.
Cercetătorii din cadrul Unității de Micro/Bio/Nanofluidice de la Institutul de Științe și Tehnologie din Okinawa (OIST) au creat o platformă fiabilă și ușor de produs în serie, care le permite autorităților de reglementare și altor actori din domeniul mediului să detecteze PFAS direct la fața locului, fără a mai fi nevoie de un laborator extern.
„Scopul nostru este să dezvoltăm o tehnologie sensibilă și ieftină, care să poată fi folosită în cele din urmă în afara laboratoarelor specializate”, a declarat dr. Mark Sullivan. „Am demonstrat că funcționează pentru PFOA și PFOS, iar aceeași platformă ar putea fi adaptată pentru a detecta și alți compuși PFAS.” Noul dispozitiv este descris în revista Biosensors and Bioelectronics.
Anticorpi sintetici și curenți electrici pentru captarea PFAS
Cercetătorii au proiectat o nouă clasă de polimeri cu amprentă moleculară (MIP), adaptați special pentru PFAS. Aceștia sunt formați în jurul moleculei-țintă, creând un loc de legare; după îndepărtarea moleculei-țintă, rămâne un material care recunoaște și captează din nou ținta, asemenea unei încuietori modelate pentru o cheie. De aceea, MIP sunt adesea numiți „anticorpi sintetici”.
Dispozitivul detectează PFAS prin măsurarea variațiilor de curent electric în momentul în care moleculele-țintă se leagă de un senzor acoperit cu MIP specifici pentru PFAS. Cu cât variația curentului electric este mai mare, cu atât concentrația de PFAS din proba de apă este mai ridicată. Deoarece măsurarea nu necesită reactivi chimici suplimentari, această abordare ar putea oferi o soluție mai simplă și mai ieftină pentru monitorizarea portabilă a apei la fața locului.
Platforma este compactă, cu costuri reduse și proiectată pentru fabricație ușoară. Pentru prototip, cercetătorii au imprimat prin sită 100 de electrozi de unică folosință pe benzi de material textil reutilizat, în câteva ore. Aceștia au fost apoi acoperiți cu MIP specifici pentru PFAS și conectați la potențiostate disponibile comercial, care măsoară semnalele electrice și se pot conecta direct la un smartphone sau la un laptop.
Mai mult, metoda de fabricare a MIP este modulară, ceea ce înseamnă că molecula-țintă poate fi înlocuită cu orice membru al familiei PFAS; pentru acest prototip, cercetătorii au ales cele două substanțe PFAS cele mai comune, cu riscuri documentate pentru sănătate: PFOS și PFOA.
Testarea fiabilității senzorilor în apă potabilă și apă dulce
Senzorii au fost testați în apă dulce și apă potabilă, îmbogățite artificial cu PFOA și PFOS. Pentru ambele substanțe, concentrațiile detectate au corespuns îndeaproape cu concentrațiile reale din apa testată. Spre comparație, atât PFOA, cât și PFOS sunt reglementate în Japonia la un nivel de 50 pg/mL.
Consolidarea apărării de mediu împotriva substanțelor „veșnice”
PFAS s-au dovedit a fi o problemă periculoasă pentru mediu și sănătate din două motive principale: rezistența lor excepțională la căldură, apă, ulei și degradare ambientală, care le face utile, dar extrem de greu de descompus; și diversitatea lor, familia PFAS cuprinzând peste 10.000 de substanțe chimice similare, dintre care 50–150 sunt reglementate la nivel global.
Modularitatea platformei MIP face relativ simplă adaptarea ei la diferite molecule PFAS și, mai important, reduce barierele în calea abordării contaminării cu PFAS în viitor.
„Aceasta arată că este posibil să realizăm un sistem de detectare care să le permită agențiilor locale sau chiar familiilor să ia o decizie informată cu privire la dacă și cum să abordeze o posibilă contaminare cu PFAS — de exemplu, să alerteze autoritățile municipale cu privire la contaminarea în anumite locuri sau să decidă dacă să investească într-un filtru de apă. Orice putem obține cu acest sistem va fi benefic”, a declarat dr. Perrine Lasserre.
„Detectarea precisă și accesibilă este un pas important către abordarea contaminării cu PFAS”, a afirmat profesoara Amy Shen. „Studiul nostru demonstrează cum recunoașterea moleculară sintetică poate fi combinată cu dispozitive electrochimice ieftine pentru a detecta concentrații extrem de mici ale acestor substanțe persistente. Deși sunt necesare dezvoltări suplimentare și validări pe teren, vedem un potențial considerabil pentru a face monitorizarea mediului mai accesibilă și mai larg disponibilă.”
