PNNL heeft gepatenteerd een nauwkeurige en draagbare manier om minuscule hoeveelheden van een extreem hardnekkige giftige chemische stof te detecteren die zich ophoopt in ons lichaam en onze omgeving.

Per- en polyfluoralkylstoffen (PFAS) zijn gevaarlijk, kunstmatige chemicaliën die worden gebruikt in producten zoals kookgerei met antiaanbaklaag, waterdichte kleding, de verpakking van levensmiddelen, en blusschuim omdat ze water en olie afstoten. Ze breken niet op natuurlijke wijze af en er is geen snelle oplossing om ze te vernietigen. Meerdere onderzoeken hebben PFAS - die lang in het milieu blijven - gekoppeld aan verhoogd cholesterol, zwaarlijvigheid, verzwakt immuunsysteem, hormoonontregeling, schildklier problemen, en kanker.

Het federale gezondheidsadviesniveau voor PFAS is 70 delen per biljoen, ongeveer gelijk aan een korrel zout in 1, 000 liter water. Sommige Amerikaanse staten hebben zelfs nog strengere niveaus die een fractie daarvan zijn. De niveaus zijn zo laag, dat watermonsters naar een laboratorium moeten worden gestuurd voor metingen met behulp van gevoelige analytische methoden. De moeilijkheid om de aanwezigheid van PFAS snel bij de bron te detecteren en te meten, maakt sanering een uitdaging.

PNNL-onderzoekers ontwikkelden een klein apparaatje om perfluoroctaansulfonzuur (PFOS) snel en nauwkeurig te meten. wat een soort PFAS is, met het New Jersey Institute of Technology (NJIT). De gepatenteerde lab-on-a-chip-sensor kan PFOS-niveaus detecteren die twee ordes van grootte lager zijn dan het federale gezondheidsadvies - 0,5 delen per biljoen. Dit biedt een ongekende en handige manier om minuscule hoeveelheden PFOS in water nauwkeurig te detecteren, ter plekke, en in realtime. Het apparaat is klein genoeg, en presteert snel genoeg, om meetgegevens op het punt van gebruik te verstrekken. Aanvullend, PNNL breidt de mogelijkheden van het apparaat uit om allerlei soorten PFAS-verontreinigingen te detecteren.

"Schoon water is essentieel. Het snel kunnen identificeren van bronnen van PFAS-besmetting is ook essentieel, " zei Radha Motkuri, een PNNL materiaalwetenschapper. "We stellen ons een wereld voor waarin dit lab-on-a-chip direct en breed kan worden ingezet."

Lab-on-a-chip PFAS-sensor

snel, on-site detectie van superlage niveaus van PFAS en PFOS is een belangrijke stap in de bescherming van de menselijke gezondheid. historisch, testen duurt enkele uren tot een paar dagen - minimaal. Met de draagbare sensor van PNNL, PFOS-niveaus kunnen direct ter plaatse worden gemeten.

"Vorig jaar, we hebben gewerkt aan het afvangen van PFOS en we blijven materialen ontwikkelen die extra PFAS-moleculen uit water zullen opvangen, " zei Motkuri. "Maar we wilden een tool ontwikkelen waarmee PFAS snel en nauwkeurig ter plaatse kan worden gekwantificeerd."

De sensor ziet eruit als een microscoopglaasje waar een klein doolhof doorheen zigzagt. Watermonsters stromen door het doolhof en in een sponsachtig materiaal in het midden. Alle PFOS- of PFAS-moleculen in het watermonster worden opgevangen door de spons, terwijl andere moleculen passeren.

Als een elektrische stroom door de sensor pulseert, de vastgelegde PFAS veroorzaakt een verandering in de stroom. Deze verandering geeft een onmiddellijke meting van de PFAS-concentratie in het monster.

Ik kijk uit naar minder PFAS

De point-of-use-sensor van PNNL kan worden gebruikt voor de detectie van andere verontrustende chemicaliën die een bedreiging vormen voor de menselijke gezondheid en het milieu. Het PNNL- en NJIT-team werkt eraan om deze technologie uit te breiden om andere PFAS-moleculen te detecteren, waaronder PFOA, PFBA, PFBS, en GenX—in verschillende bronnen van grondwater.

Op de PFAS-sensor is patent aangevraagd en de technologie is beschikbaar voor licentieverlening.

"Een verscheidenheid aan verschillende sectoren zou deze technologie kunnen gebruiken, inclusief milieusanering, gemeentelijke water, chemische productie, aardolie, en verdediging, " zei Allan Tuan, PNNL commercialisering manager. "Dit is een opwindende doorbraak om PFOS en andere verontreinigingen snel te detecteren en te meten."

De PFAS-sensor is de focus van "Metal-Organic Framework-Based Microfluïdic Impedance Sensor Platform voor ultragevoelige detectie van perfluoroctaansulfonaat, " een paper gepubliceerd in de editie van 4 maart van ACS toegepaste materialen en interfaces .