PNNL ha brevettato un modo accurato e portatile per rilevare minuscole quantità di una sostanza chimica tossica estremamente persistente che si accumula nel nostro corpo e nel nostro ambiente.

Le sostanze per- e polifluoroalchiliche (PFAS) sono pericolose, prodotti chimici artificiali utilizzati in prodotti come pentole antiaderenti, abbigliamento impermeabile, imballaggio alimentare, e schiuma antincendio perché respingono acqua e oli. Non si rompono naturalmente e non esiste una soluzione rapida nota per distruggerli. Diversi studi hanno collegato i PFAS, che rimangono nell'ambiente a lungo, a colesterolo elevato, obesità, sistema immunitario indebolito, disturbi endocrini, problemi alla tiroide, e cancro.

Il livello di consulenza sanitaria federale per PFAS è di 70 parti per trilione, all'incirca uguale a un grano di sale in 1, 000 litri d'acqua. Alcuni stati degli Stati Uniti hanno livelli ancora più rigorosi che sono solo una frazione di questo. I livelli sono così bassi, che i campioni di acqua devono essere inviati a un laboratorio per la misurazione utilizzando metodi analitici sensibili. La difficoltà di rilevare e misurare rapidamente la presenza di PFAS alla fonte rende difficile la riparazione.

I ricercatori del PNNL hanno sviluppato un piccolo dispositivo per misurare in modo rapido e preciso l'acido perfluoroottansolfonico (PFOS), che è un tipo di PFAS, con il New Jersey Institute of Technology (NJIT). Il sensore proprietario lab-on-a-chip è in grado di rilevare livelli di PFOS due ordini di grandezza inferiori rispetto all'avviso sanitario federale:0,5 parti per trilione. Ciò offre un modo conveniente e senza precedenti per rilevare con precisione minuscole quantità di PFOS nell'acqua, sul posto, e in tempo reale. Il dispositivo è abbastanza piccolo, e funziona abbastanza velocemente, per fornire dati di misurazione del punto di utilizzo. Inoltre, PNNL sta espandendo la capacità del dispositivo di rilevare tutti i tipi di contaminanti PFAS.

"L'acqua pulita è essenziale. Anche essere in grado di identificare rapidamente le fonti di contaminazione da PFAS è essenziale, " disse Radha Motkuri, uno scienziato dei materiali PNNL. "Immaginiamo un mondo in cui questo lab-on-a-chip possa essere distribuito immediatamente e ampiamente".

Sensore PFAS Lab-on-a-chip

Rapido, il rilevamento in loco di livelli super bassi di PFAS e PFOS è un passo fondamentale per proteggere la salute umana. Storicamente, il test richiede da alcune ore ad alcuni giorni, minimo. Con il sensore portatile di PNNL, I livelli di PFOS possono essere misurati immediatamente in loco.

"L'anno scorso, abbiamo lavorato sulla cattura di PFOS e stiamo continuando a sviluppare materiali che cattureranno ulteriori molecole di PFAS dall'acqua, " ha detto Motkuri. "Ma volevamo sviluppare uno strumento in grado di quantificare rapidamente e accuratamente PFAS in loco."

Il sensore sembra un vetrino da microscopio con un piccolo labirinto che lo attraversa a zigzag. I campioni d'acqua scorrono attraverso il labirinto e nel mezzo entrano in un materiale spugnoso. Qualsiasi molecola di PFOS o PFAS nel campione d'acqua viene catturata dalla spugna, mentre altre molecole passano attraverso.

Quando una corrente elettrica attraversa il sensore, il PFAS catturato provoca un cambiamento nella corrente. Questa modifica fornisce una misurazione istantanea della concentrazione di PFAS nel campione.

In attesa di meno PFAS

Il sensore del punto d'uso del PNNL ha il potenziale per essere utilizzato per il rilevamento di altre sostanze chimiche sconcertanti che minacciano la salute umana e l'ambiente. Il team PNNL e NJIT sta lavorando per estendere questa tecnologia per rilevare altre molecole PFAS, tra cui PFOA, PFBA, PFBS, e GenX—in varie fonti di acque sotterranee.

Il sensore PFAS è in attesa di brevetto e la tecnologia è disponibile per la licenza.

"Una varietà di settori diversi potrebbe utilizzare questa tecnologia, compreso il risanamento ambientale, acqua comunale, produzione chimica, petrolio, e difesa, " disse Allan Tuan, Responsabile commerciale PNNL. "Si tratta di una svolta entusiasmante per rilevare e misurare rapidamente PFOS e altri contaminanti".

Il sensore PFAS è il fulcro della "Piattaforma di sensori di impedenza microfluidica basata su struttura metallica-organica per il rilevamento ultrasensibile di perfluoroottansolfonato, " un documento pubblicato nell'edizione del 4 marzo di Materiali e interfacce applicati ACS .