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用芯片大小的傳感器檢測有毒的PFAS
來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/9/24

PNNL PFAS傳感器的圖示。水樣本的一端流過迷宮,而全氟辛烷磺酸被中間的海綿狀材料捕獲。該技術可用于許可。圖片提供:Nathan Johnson | PNNL

PNNL已獲得專利的一種精確且便攜式的方法,可以檢測微量的極度持久的有毒化學物質,這些化學物質積聚在我們的身體和環(huán)境中。


全氟烷基物質和多氟烷基物質(PFAS)是危險的人造化學物質,可用于不粘炊具,防水服,食品包裝和滅火泡沫等產(chǎn)品,因為它們會排斥水和油。它們不會自然分解,也沒有已知的快速修復方法可以摧毀它們。多項研究已將PFAS(在環(huán)境中長期存在)與膽固醇升高,肥胖,免疫系統(tǒng)減弱,內分泌紊亂,甲狀腺疾病和癌癥聯(lián)系起來。


PFAS的聯(lián)邦健康咨詢水平為70萬億分之一,大約等于1,000加侖水中的一粒鹽。美國某些州的嚴格程度甚至更高。水位太低,以致必須使用敏感的分析方法將水樣送到實驗室進行測量。從源頭快速檢測和測量PFAS存在的困難使補救工作面臨挑戰(zhàn)。


PNNL研究人員與新澤西理工學院(NJIT)合作開發(fā)了一種小型設備,可以快速,準確地測量全氟辛烷磺酸(PFOS),這是一種PFAS。專有的芯片實驗室傳感器可以檢測到全氟辛烷磺酸水平,該水平比聯(lián)邦健康通報低兩個數(shù)量級(0.5萬億分之一)。這提供了一種前所未有的便捷方式,可以準確,現(xiàn)場和實時地檢測水中的微量全氟辛烷磺酸。該設備足夠小,并且運行速度足夠快,可以提供使用點測量數(shù)據(jù)。此外,PNNL正在擴展該設備檢測各種PFAS污染物的能力。


PNNL材料科學家Radha Motkuri說:“凈水是必不可少的。能夠快速識別PFAS污染的來源也很重要! “我們預見了一個可以立即廣泛部署該芯片實驗室的世界!


片上實驗室PFAS傳感器

快速,現(xiàn)場檢測超低含量的PFAS和PFOS是保護人類健康的關鍵一步。從歷史上看,測試最少需要幾個小時到幾天。使用PNNL的便攜式傳感器,可以立即在現(xiàn)場測量PFOS的水平。

金屬有機框架材料類似于海綿,用于將捕獲的PFOS靶向微流板內的小探針。圖片來源:Andrea Starr | PNNL

Motkuri說:“去年,我們致力于全氟辛烷磺酸的捕集,我們將繼續(xù)開發(fā)可從水中捕集更多全氟辛烷磺酸分子的材料! “但是我們希望開發(fā)一種可以在現(xiàn)場快速準確地量化PFAS的工具!


傳感器看起來像一個顯微鏡載玻片,上面有一個曲折的小迷宮。水樣本流過迷宮,并進入中間的海綿狀材料。水樣本中的任何PFOS或PFAS分子都被海綿捕獲,而其他分子則通過。


當電流脈沖通過傳感器時,捕獲的PFAS會引起電流變化。這種變化可以瞬時測量樣品中PFAS的濃度。


期待減少PFAS

PNNL的使用點傳感器有潛力用于檢測其他威脅人類健康和環(huán)境的令人不安的化學品。PNNL和NJIT小組正在努力擴展這項技術,以檢測各種地下水源中的其他PFAS分子,包括PFOA,PFBA,PFBS和GenX。


PFAS傳感器正在申請專利,該技術可用于許可。


PNNL商業(yè)化經(jīng)理Allan Tuan說:“各種不同的部門都可以使用該技術,包括環(huán)境修復,市政水,化學制造,石油和國防! “這是快速檢測和測量PFOS和其他污染物的令人振奮的突破!


PFAS傳感器是3月4日在ACS Applied Materials&Interfaces上發(fā)表的論文“用于超靈敏檢測全氟辛烷磺酸的基于金屬-有機框架的微流體阻抗傳感器平臺”的重點。


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