In de natuur, de interactie van moleculen op de grens van verschillende vloeistoffen kan aanleiding geven tot nieuwe structuren. Deze zelfassemblerende moleculen maken celvorming mogelijk en zijn essentieel voor de ontwikkeling van al het leven op aarde.

Ze kunnen ook worden ontworpen om specifieke functies uit te voeren - en nu, een team van Penn State-onderzoekers heeft van deze gelegenheid gebruik gemaakt om een ​​materiaal te ontwikkelen dat hardnekkige verontreinigende stoffen uit water kan verwijderen. De onderzoekers publiceerden onlangs hun bevindingen in Geavanceerde functionele materialen .

"We hebben ons laten inspireren door biologische systemen om te zien of we soortgelijke fenomenen kunnen laten ontstaan ​​met niet-biologische moleculen, " zei Scott Medina, assistent-professor biomedische technologie en corresponderende auteur op het papier.

Voor hun experiment de onderzoekers kozen ervoor om fluor op te nemen, een element dat niet vaak voorkomt in de natuur, in een aminozuur en meng het met een gefluoreerde olie om de moleculaire organisatie te leiden. Het team voegde de gefluoreerde olie toe aan water, waar het een parel vormde bestaande uit de fluordruppel omringd door een aminozuurcoating. Toen de onderzoekers de flacon omkeerden om de kraal aan de lucht bloot te stellen, componenten van de kraal herschikt om een ​​film te vormen. Samengesteld uit een dunne laag gefluoreerde olie omgeven door twee lagen microscopisch kleine aminozuur kristallijne structuren, deze film kan zichzelf herschikken in de kraal als hij wordt geroerd - en andere gefluoreerde moleculen meeneemt.

"Fluor speelt niet goed bij anderen, dus als je ze samenvoegt, zijn er zeer sterke interacties, "Zei Medina. "Gefluoreerde verontreinigingen in water willen zich van het water afscheiden en andere fluorrijke materie vinden."

Dit fenomeen, en het vermogen van de verbinding om te schakelen tussen een filmtoestand en de kraalvorm, wekte de interesse van de onderzoekers op het mogelijk afvangen van verontreinigende stoffen. Per- en polyfluoralkylstoffen (PFAS) zijn kunstmatige chemicaliën die fluor bevatten en die doorgaans worden gebruikt bij de productie van water- of vetafstotende producten. Door hun moleculaire structuur kunnen ze zich permanent ophopen in omgevingen en het menselijk lichaam.

"De natuur heeft geen manieren ontwikkeld om fluorbevattende moleculen efficiënt af te breken, dus deze verbindingen blijven lang hangen, "Zei Medina. "Ze komen afvalwater en grond binnen, hun weg vinden naar drinkwater en voedsel, en we consumeren ze - en ons lichaam degradeert ze niet erg goed, of."

Om het potentieel van de nieuwe verbinding voor het afvangen van PFAS te testen, de onderzoekers voegden verontreinigd water toe aan een plastic container die was bedekt met hun gefluoreerde aminozuurfilm. De film legde PFAS-stoffen binnen twee uur vast en kon ze tot 24 uur vasthouden. Vanaf dit stadium, de film die PFAS bevat, kan worden geschud om zichzelf te hervormen tot een samenhangende kraal die gemakkelijk kan worden verzameld uit het nu gezuiverde water.

De onderzoekers zijn van plan om deze extractiemogelijkheden voor verontreinigende stoffen verder te onderzoeken, niet alleen waterzuivering onderzoeken, maar ook de mogelijkheid om verbindingen uit de lucht te halen. Met verder onderzoek naar de toepassingen ervan, de gefluoreerde verbinding kan een multifunctioneel hulpmiddel worden voor het verwijderen van verontreinigingen voor gebruik in verschillende omgevingen.

"Er wordt veel moeite gedaan om de toxicologie van PFAS te onderzoeken en hoe deze te reguleren, "Zei Medina. "Dit materiaal kan worden gebruikt om PFAS uit drinkwater te verwijderen - en we denken dat het ook op andere gebieden veel nut kan hebben."