I chimici dell'Università di Buffalo hanno dimostrato che le trappole molecolari autoassemblanti possono essere utilizzate per catturare i PFAS, inquinanti pericolosi che hanno contaminato le forniture di acqua potabile in tutto il mondo.

Le trappole sono costituite da blocchi a base di ferro e organici che collegano, come i Lego, formare una gabbia tetraedrica. Gli esperimenti hanno dimostrato che queste strutture si legano a determinati PFAS (abbreviazione di sostanze per- e polifluoroalchiliche), e un'analisi di laboratorio ha rivelato come ciò avvenga. Come risulta, i PFAS aderiscono saldamente all'esterno delle gabbie invece di rimanere impigliati all'interno, dicono i ricercatori.

Queste intuizioni sono state dettagliate in uno studio pubblicato questo mese e potrebbero aiutare gli scienziati a mettere a punto le trappole in modi favorevoli, ad esempio, allargando le aperture delle gabbie per catturare potenzialmente altri tipi di PFAS. L'obiettivo finale è utilizzare tali gabbie, note come metallacages, in sistemi che isolano i PFAS dall'acqua, che potrebbe portare a un migliore trattamento dell'acqua, o tecniche migliorate per rilevare gli inquinanti nell'acqua.

"I PFAS sono sostanze chimiche altamente stabili e tossiche che possono causare effetti negativi sulla salute umana, "dice Diana Agà, dottorato di ricerca, Henry M. Woodburn Professore di Chimica presso l'UB College of Arts and Sciences. "Esistono prove crescenti per suggerire collegamenti tra l'esposizione a PFAS e gli esiti avversi sulla salute nell'uomo e negli animali, con potenziali effetti tra cui diminuzione del peso alla nascita, diminuzione della fertilità, e aumento del rischio di diabete e alcuni tipi di cancro, per dirne alcuni. I risultati del nostro nuovo articolo sono entusiasmanti perché forniscono la prova che le trappole molecolari sono assorbenti efficaci per alcuni PFAS".

"Siamo molto entusiasti di alcuni modi in cui questo lavoro potrebbe evolversi, dall'abilitare il rilevamento di PFAS che le analisi attuali potrebbero non rilevare, ad alterare le gabbie in modo tale che oltre a legare il PFAS, li distruggono anche, "dice Timothy Cook, dottorato di ricerca, assistente professore di chimica presso l'UB College of Arts and Sciences.

Cook e Aga hanno condotto lo studio, insieme a Cressa Ria P. Fulong, dottorato di ricerca, un neolaureato in un laboratorio di Cook, e Mary Grace E. Guardian, un dottorato di ricerca candidato nel laboratorio di Aga. Tutti i membri del team hanno dato importanti contributi, con Fulong e Guardian alla guida del lavoro sperimentale e analitico svolto in laboratorio.

La ricerca è stata pubblicata sulla copertina del numero del 18 maggio della rivista Chimica inorganica . Cook ha creato la copertina, che ha disegnato a mano con una penna stilografica su carta, poi digitalizzato e colorato. L'illustrazione mostra blocchi molecolari che si autoassemblano per formare strutture tetraedriche che convergono su una molecola PFAS.

Le trappole catturano un sottoinsieme di PFAS

I PFAS non sono un singolo composto; sono un gruppo di sostanze chimiche artificiali che vengono utilizzate negli imballaggi alimentari, rivestimenti antiaderenti, schiume antincendio e altri prodotti. Poiché i composti non si scompongono facilmente, persistono nell'ambiente per lungo tempo.

Numerosi studi hanno rilevato PFAS nelle forniture di acqua potabile in tutto il mondo, compreso un documento che Aga e colleghi hanno pubblicato il 19 maggio sulla rivista Chemosphere. Quel progetto ha cercato gli inquinanti nelle Filippine e in Thailandia e li ha trovati nelle acque superficiali, acqua in bottiglia e acqua dalle stazioni di rifornimento. Altri studi hanno dimostrato che i PFAS si accumulano nel sangue delle persone.

Con queste preoccupazioni in mente, Cucinare, Aga, Fulong e Guardian si sono proposti di scoprire se le gabbie molecolari potrebbero aiutare a intrappolare i PFAS.

Gli scienziati hanno esaminato una dozzina di diversi tipi di gabbie autoassemblanti che contengono metalli. Fulong ha sintetizzato le gabbie nel laboratorio di Cook, e Guardian hanno utilizzato tecniche analitiche avanzate nel laboratorio di Aga per studiare se ciascuna struttura fosse vincolante al PFAS.

Questo processo ha portato il team alle gabbie a base di ferro, che ha catturato un sottoinsieme di PFAS con catene di sei o più atomi di carbonio fluorurato, compresi gli acidi perfluorocarbossilici, acidi solfonici e fluorotelomeri.

Prossimo? Modificare le gabbie per intrappolare più PFAS e magari distruggerli

Lo studio fornisce agli scienziati nuove conoscenze che potrebbero aiutarli a migliorare sperimentalmente le gabbie. Modificando gli elementi costitutivi delle gabbie, i ricercatori potrebbero potenzialmente creare strutture che si legano più fortemente con PFAS, assorbire ulteriori varietà di inquinanti, o addirittura distruggere i prodotti chimici, Cook dice.

"Ho letto notizie sui media popolari secondo cui le persone stanno cercando di incenerire questi PFAS, e potrebbe peggiorare ulteriormente il problema, "Cook dice. "In pratica li manda in aria e li disperde ancora di più. Mi chiedo se possiamo sviluppare gabbie con proprietà elettrochimiche o fotochimiche che consentano loro di rompere i legami in PFAS".

"Spero che le trappole molecolari possano essere progettate per catturare potenzialmente i PFAS più altamente solubili in acqua che in genere sfuggono alle tecnologie convenzionali di trattamento delle acque, " dice Aga. "Ci sono già molti assorbenti in uso, come carbone attivo, che interagiscono con PFAS. Però, il carbone attivo non ha blocchi costitutivi o pori che possono essere facilmente sintonizzati, e questa è la bellezza delle metallacages".