Deze verbindingen, ook wel 'forever chemicaliën' genoemd omdat ze op natuurlijke wijze niet afbreken, zijn in verband gebracht met een verscheidenheid aan schadelijke gevolgen voor de gezondheid, waaronder kanker, voortplantingsproblemen en verstoring van het immuunsysteem en het endocriene systeem.

Met behulp van de nieuwe sensortechnologie lieten de onderzoekers zien dat ze PFAS-niveaus van slechts 200 delen per biljoen in een watermonster konden detecteren. Het apparaat dat ze hebben ontworpen, zou consumenten een manier kunnen bieden om hun drinkwater te testen, en het zou ook nuttig kunnen zijn in industrieën die sterk afhankelijk zijn van PFAS-chemicaliën, waaronder de productie van halfgeleiders en brandbestrijdingsapparatuur.

"Er is een reële behoefte aan deze detectietechnologieën. We zitten al heel lang met deze chemicaliën vast, dus we moeten ze kunnen detecteren en ervan af kunnen komen", zegt Timothy Swager, hoogleraar scheikunde aan John D. MacArthur. bij MIT en de senior auteur van de studie, die verschijnt in de Proceedings of the National Academy of Sciences .

Andere auteurs van het artikel zijn voormalig MIT-postdoc en hoofdauteur Sohyun Park en MIT-afgestudeerde student Collette Gordon.

PFAS detecteren

Coatings met PFAS-chemicaliën worden in duizenden consumentenproducten gebruikt. Naast anti-aanbaklagen voor kookgerei worden ze ook veel gebruikt in waterafstotende kleding, vlekbestendige stoffen, vetbestendige pizzadozen, cosmetica en brandbestrijdingsschuim.

Deze gefluoreerde chemicaliën, die sinds de jaren vijftig op grote schaal worden gebruikt, kunnen in het water, de lucht en de bodem terechtkomen vanuit fabrieken, rioolwaterzuiveringsinstallaties en stortplaatsen. Ze zijn aangetroffen in drinkwaterbronnen in alle 50 staten.

In 2023 heeft de Environmental Protection Agency een ‘adviesgezondheidslimiet’ ingesteld voor twee van de gevaarlijkste PFAS-chemicaliën, bekend als perfluoroctaanzuur (PFOA) en perfluoroctylsulfonaat (PFOS). Deze adviezen pleiten voor een limiet van 0,004 delen per biljoen voor PFOA en 0,02 delen per biljoen voor PFOS in drinkwater.

Momenteel is de enige manier waarop een consument kan bepalen of zijn drinkwater PFAS bevat, het sturen van een watermonster naar een laboratorium dat massaspectrometrietests uitvoert. Dit proces duurt echter enkele weken en kost honderden dollars.

Om een ​​goedkopere en snellere manier te creëren om op PFAS te testen, ontwierp het MIT-team een ​​sensor op basis van laterale flowtechnologie – dezelfde aanpak die wordt gebruikt voor snelle COVID-19-tests en zwangerschapstests. In plaats van een teststrip bedekt met antilichamen, is de nieuwe sensor ingebed in een speciaal polymeer, bekend als polyaniline, dat kan schakelen tussen halfgeleidende en geleidende toestanden wanneer protonen aan het materiaal worden toegevoegd.

De onderzoekers hebben deze polymeren op een strook nitrocellulosepapier afgezet en bedekt met een oppervlakteactieve stof die fluorkoolwaterstoffen zoals PFAS uit een druppel water kan trekken die op de strook is geplaatst. Wanneer dit gebeurt, worden protonen uit de PFAS in de polyaniline getrokken en veranderen deze in een geleider, waardoor de elektrische weerstand van het materiaal afneemt. Deze weerstandsverandering, die met behulp van elektroden nauwkeurig kan worden gemeten en naar een extern apparaat zoals een smartphone kan worden gestuurd, geeft een kwantitatieve meting van hoeveel PFAS er aanwezig is.

Deze aanpak werkt alleen met PFAS die zuur zijn, waaronder twee van de schadelijkste PFAS:PFOA en perfluorbutaanzuur (PFBA).

Een gebruiksvriendelijk systeem

De huidige versie van de sensor kan concentraties van slechts 200 delen per biljoen voor PFBA en 400 delen per biljoen voor PFOA detecteren. Dit is niet helemaal laag genoeg om aan de huidige EPA-richtlijnen te voldoen, maar de sensor gebruikt slechts een fractie van een milliliter water.

De onderzoekers werken nu aan een apparaat op grotere schaal dat ongeveer een liter water door een membraan van polyaniline zou kunnen filteren. zeer lage EPA-adviesniveaus.

"We hebben een gebruiksvriendelijk huishoudelijk systeem voor ogen", zegt Swager. "Je kunt je voorstellen dat je er een liter water in doet, het door het membraan laat stromen, en je hebt een apparaat dat de verandering in weerstand van het membraan meet."

Een dergelijk apparaat zou een goedkoper en snel alternatief kunnen bieden voor de huidige PFAS-detectiemethoden. Als PFAS in drinkwater worden gedetecteerd, zijn er in de handel verkrijgbare filters die op huishoudelijk drinkwater kunnen worden gebruikt om deze niveaus te verlagen.

De nieuwe testaanpak zou ook nuttig kunnen zijn voor fabrieken die producten vervaardigen met PFAS-chemicaliën, zodat ze kunnen testen of het water dat in hun productieproces wordt gebruikt veilig in het milieu terecht kan komen.

Meer informatie: Swager, Timothy M., Weerstandsdetectie van perfluoralkylstoffen met fluorpolyaniline in een elektrische laterale flowsensor, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2317300121. doi.org/10.1073/pnas.2317300121

Journaalinformatie: Proceedings van de Nationale Academie van Wetenschappen

Aangeboden door Massachusetts Institute of Technology

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.