(Phys.org)—Onderzoekers hebben een eenvoudige, systeem gebaseerd op nanodeeltjes, om kwik en andere verontreinigende stoffen te detecteren. Deze technologie maakt het mogelijk om deze stoffen eenvoudig en goedkoop te testen in water en, belangrijker, in de vis die we eten. Dit wordt gepubliceerd in Natuurmaterialen .

Kwik, wanneer ze in meren en rivieren worden gedumpt, hoopt zich op in vissen, en belandt vaak op ons bord. Een Zwitsers-Amerikaans team van onderzoekers onder leiding van Francesco Stellacci van de Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Bartosz Grzybowski van de Northwestern University heeft een eenvoudige, goedkoop systeem op basis van nanodeeltjes, een soort nano-klittenband, om deze giftige verontreinigende stof en andere te detecteren en op te vangen. De deeltjes zijn bedekt met kleine haartjes die zich kunnen hechten aan giftige zware metalen zoals kwik en cadmium. Deze technologie maakt het mogelijk om deze stoffen eenvoudig en goedkoop te testen in water en, belangrijker, in de vis die we eten. Hun nieuwe methode kan methylkwik meten, de meest voorkomende vorm van kwikvervuiling, bij ongekend kleine attomolaire concentraties. Het systeem wordt beschreven in een artikel dat op 9 september verschijnt. 2012 in het tijdschrift Natuurmaterialen .

methylkwik, giftig en moeilijk te controleren

Onderzoekers zijn vooral geïnteresseerd in het detecteren van kwik. De meest voorkomende vorm, methylkwik, accumuleert naarmate men hoger in de voedselketen komt, bereikt zijn hoogste niveau in grote roofvissen zoals tonijn en zwaardvis. In de VS, Frankrijk en Canada, volksgezondheidsautoriteiten adviseren zwangere vrouwen om de visconsumptie te beperken, omdat kwik de ontwikkeling van het zenuwstelsel bij de zich ontwikkelende foetus kan aantasten.

"Het probleem is dat de huidige monitoringtechnieken te duur en te complex zijn, " legt Constellium-leerstoelhouder bij EPFL en co-auteur Francesco Stellacci uit. "We testen periodiek het kwikgehalte in drinkwater, en als die resultaten goed zijn, we gaan ervan uit dat de niveaus tussen die testperiodes acceptabel zijn." Maar industriële lozingen fluctueren.

Een eenvoudige, goedkope nieuwe technologie

De door het Zwitsers-Amerikaanse team ontwikkelde technologie is eenvoudig in gebruik. Een strook glas bedekt met een film van "harige" nanodeeltjes wordt in het water gedompeld. Wanneer een ion – een positief geladen deeltje, zoals een methylkwik- of cadmiumion – komt tussen twee haren, de haren sluiten zich, de verontreinigende stof opvangen.

Een spanningsmeetapparaat onthult het resultaat; hoe meer ionen er in het nano-klittenband zitten, hoe meer elektriciteit het zal geleiden. Dus om het aantal ingesloten deeltjes te berekenen, je hoeft alleen maar de spanning over de nanostructuur te meten.

Door de lengte van de nanoharen te variëren, de wetenschappers kunnen zich richten op een bepaald soort vervuilende stof. "De procedure is empirisch, " legt Stellacci uit. Methylkwik, gelukkig, heeft eigenschappen die het uiterst gemakkelijk maken om te vangen zonder dat er per ongeluk andere stoffen tegelijkertijd worden gevangen; dus de resultaten zijn zeer betrouwbaar.

Het interessante van deze aanpak is dat de 'lezende' glasstrip minder dan 10 dollar zou kunnen kosten, terwijl het meetapparaat slechts enkele honderden dollars zal kosten. De analyse kan in het veld worden gedaan, zodat de resultaten direct beschikbaar zijn. "Met een conventionele methode, je moet monsters naar het laboratorium sturen, en de analyseapparatuur kost enkele miljoenen dollars, " merkt Stellacci op.

Overtuigende tests in Lake Michigan en Florida

De onderzoekers testten het systeem in Lake Michigan, nabij Chicago. Ondanks de hoge bedrijvigheid in de regio, kwikniveaus waren extreem laag. "Het doel was om onze metingen te vergelijken met FDA-metingen gedaan met conventionele methoden, " legt Stellacci uit. "Onze resultaten vielen binnen een acceptabel bereik."

Ook werd een mugvis uit de Everglades in Florida getest. Deze soort staat niet erg hoog in de voedselketen en verzamelt dus geen hoge niveaus van kwik in zijn weefsels. "We hebben weefsel gemeten dat was opgelost in zuur. Het doel was om te kijken of we zelfs minuscule hoeveelheden konden detecteren." zegt Bartosz Grzybowski, Burgess hoogleraar chemie en directeur van Non-Equilibrium Energy Research Center aan de Northwestern University. De United States Geological Survey rapporteerde bijna identieke resultaten na analyse van hetzelfde monster.

Van kwantum naar echte toepassingen

"Ik denk dat het ongelooflijk is, " Grzybowski voegt toe, "hoe de complexe principes van kwantumtunneling die ten grondslag liggen aan ons apparaat zich vertalen in zo'n nauwkeurig en praktisch bruikbaar apparaat. Het is ook opmerkelijk dat ons systeem - door enkele relatief eenvoudige chemische modificaties - gemakkelijk kan worden aangepast om andere giftige soorten te detecteren" Onderzoekers hebben al aangetoond de detectie van cadmium met een zeer hoge femtomolaire gevoeligheid.

"Met deze technologie het zal mogelijk zijn om op veel grotere schaal tests uit te voeren in het veld, of zelfs in vis voordat ze op de markt worden gebracht, ", zegt hoofdauteur Eun Seon Cho. Dit is een noodzakelijke maatregel voor de volksgezondheid, gezien de giftige aard van methylkwik en de uiterst complexe manier waarop het zich in het milieu verspreidt en zich ophoopt in levende weefsels.