Una ilustración del sensor PFAS de PNNL. Las muestras de agua fluyen en un extremo, a través del laberinto y el PFOS es capturado por un material esponjoso en el medio. La tecnología está disponible para licencia. Crédito:Nathan Johnson | PNNL
PNNL ha patentado una forma precisa y portátil de detectar cantidades minúsculas de un químico tóxico extremadamente persistente que se acumula en nuestros cuerpos y nuestro medio ambiente.
Las sustancias perfluoroalquilo y polifluoroalquilo (PFAS) son peligrosas, productos químicos artificiales utilizados en productos tales como utensilios de cocina antiadherentes, ropa impermeable, envasado de alimentos, y espuma contra incendios porque repelen el agua y los aceites. No se descomponen de forma natural y no se conoce una solución rápida para destruirlos. Múltiples estudios han relacionado los PFAS, que permanecen en el medio ambiente durante mucho tiempo, con el colesterol elevado, obesidad, sistema inmunológico debilitado, alteración endocrina, problemas de tiroides, y cáncer.
El nivel de aviso de salud federal para PFAS es de 70 partes por billón, aproximadamente igual a un grano de sal en 1, 000 galones de agua. Algunos estados de EE. UU. Tienen niveles aún más estrictos que son una fracción de eso. Los niveles son tan bajos que las muestras de agua deben enviarse a un laboratorio para su medición utilizando métodos analíticos sensibles. La dificultad de detectar y medir la presencia de PFAS rápidamente en la fuente hace que la remediación sea un desafío.
Los investigadores de PNNL desarrollaron un pequeño dispositivo para medir de forma rápida y precisa el ácido perfluorooctanosulfónico (PFOS), que es un tipo de PFAS, con el Instituto de Tecnología de Nueva Jersey (NJIT). El sensor de laboratorio en un chip patentado puede detectar niveles de PFOS que son dos órdenes de magnitud más bajos que el aviso de salud federal:0,5 partes por billón. Esto ofrece una forma conveniente y sin precedentes de detectar con precisión cantidades minúsculas de PFOS en el agua, en el sitio, y en tiempo real. El dispositivo es lo suficientemente pequeño, y funciona lo suficientemente rápido, para proporcionar datos de medición en el punto de uso. Adicionalmente, PNNL está ampliando la capacidad del dispositivo para detectar todo tipo de contaminantes PFAS.
"El agua limpia es esencial. Ser capaz de identificar rápidamente las fuentes de contaminación por PFAS también es esencial, "dijo Radha Motkuri, un científico de materiales de PNNL. "Imaginamos un mundo en el que este laboratorio en un chip se pueda implementar de forma inmediata y amplia".
Sensor PFAS de laboratorio en un chip
Rápido, La detección in situ de niveles superbajos de PFAS y PFOS es un paso clave para proteger la salud humana. Históricamente, las pruebas demoran de varias horas a algunos días, como mínimo. Con el sensor portátil de PNNL, Los niveles de PFOS se pueden medir inmediatamente en el sitio.
Los materiales de estructura organometálicos son análogos a una esponja, y se utilizaron para apuntar al PFOS capturado en una pequeña sonda dentro de una placa microfulídica. Crédito:Andrea Starr | PNNL
"El año pasado, Trabajamos en la captura de PFOS y continuamos desarrollando materiales que capturarán moléculas de PFAS adicionales del agua. ", dijo Motkuri." Pero queríamos desarrollar una herramienta que pueda cuantificar de forma rápida y precisa PFAS en el sitio ".
El sensor parece un portaobjetos de microscopio con un pequeño laberinto en zigzag a través de él. Las muestras de agua fluyen a través del laberinto hasta un material esponjoso en el medio. Cualquier molécula de PFOS o PFAS en la muestra de agua es capturada por la esponja, mientras que otras moléculas lo atraviesan.
Cuando una corriente eléctrica pulsa a través del sensor, el PFAS capturado provoca un cambio en la corriente. Este cambio da una medida instantánea de la concentración de PFAS en la muestra.
Esperando menos PFAS
El sensor de punto de uso de PNNL tiene el potencial de usarse para la detección de otras sustancias químicas desconcertantes que amenazan la salud humana y el medio ambiente. El equipo de PNNL y NJIT está trabajando para ampliar esta tecnología para detectar otras moléculas de PFAS, incluido el PFOA, PFBA, PFBS, y GenX — en varias fuentes de agua subterránea.
El sensor PFAS tiene patente pendiente y la tecnología está disponible para licencia.
"Una variedad de diferentes sectores podrían utilizar esta tecnología, incluida la remediación ambiental, agua municipal, fabricación de productos químicos, petróleo, y defensa, "dijo Allan Tuan, Responsable de comercialización PNNL. "Este es un gran avance para detectar y medir rápidamente el PFOS y otros contaminantes".
El sensor PFAS es el foco de la "Plataforma de sensor de impedancia microfluídica basada en un marco de metal orgánico para la detección ultrasensible de perfluorooctanosulfonato, "un artículo publicado en la edición del 4 de marzo de Interfaces y materiales aplicados ACS .
