I metalli pesanti (HM) sono metalli con densità e pesi atomici elevati. Derivano da processi geologici o attività umane, tra cui l'estrazione mineraria, la produzione industriale e gli impianti petrolchimici, sono tossici per l'uomo e gli animali e sono considerati inquinanti comuni nell'ambiente.
Gli HM possono entrare nel corpo umano attraverso l'ingestione di cibo o acqua inquinati, l'assorbimento attraverso la pelle o la respirazione di aria inquinata. È noto che causano gravi problemi di salute negli esseri umani, come danni ai reni, ipertensione, danni al sistema nervoso, difetti di fertilità e persino la morte.
Pertanto, tecnologie di rilevamento precise e compatte degli HM sono essenziali per valutare le loro concentrazioni nell’ambiente e individuare i problemi di salute derivanti dal loro inquinamento. A tal fine, negli ultimi anni si è assistito a un aumento dell'uso di tecniche di rilevamento elettrochimico per lo screening in loco degli inquinanti HM.
In un nuovo studio, un team di ricercatori coreani, guidato dal professor Seung-Cheol Chang del Dipartimento di ottica e ingegneria meccatronica presso il College of Nanoscience and Nanotechnology dell'Università nazionale di Pusan, ha esaminato in modo esauriente i recenti sviluppi nei sensori elettrochimici per carichi pesanti rilevamento dei metalli.
"Le tecniche analitiche convenzionali per il rilevamento degli HM sono difficili da utilizzare per l'analisi sul campo. Esiste quindi un urgente bisogno di sensori elettrochimici portatili che siano facili da usare, economici e adatti per un rapido rilevamento in loco", spiega Prof. Chang.
Il primo autore, il dottor Ramalingam Manikandan del laboratorio del Prof. Chang, ha contribuito in modo significativo con molto lavoro pratico a questo studio, che è stato pubblicato sulla rivista Coordination Chemistry Reviews .
In questa revisione, il team si è concentrato esclusivamente su sensori elettrochimici miniaturizzati adatti al rilevamento in loco di inquinanti HM. Hanno studiato diverse varianti di sensori come elettrodi serigrafati (SPE), elettrodi a base di carta e sensori rivestiti di nanomateriali realizzati con nanocompositi di carbonio, nanoparticelle metalliche e nanocompositi di composti metallici.
La loro analisi ha rivelato che i sensori elettrochimici miniaturizzati basati su SPE ed elettrodi cartacei offrono analisi a basso costo ed efficienti in termini di tempo, riducendo al tempo stesso la quantità richiesta di campione e supportando gli elettroliti.
Questi sensori risolvono efficacemente anche i limiti dei metodi convenzionali di laboratorio. Inoltre, i sensori basati su nanomateriali mostrano elevata specificità e sensibilità, consentendo il rilevamento di quantità ultratracce di HM con elevata precisione in un'ampia varietà di condizioni ambientali.
Nonostante questi progressi, tuttavia, il team ha riconosciuto i limiti esistenti dei sensori elettrochimici che devono ancora essere affrontati. Gli attuali approcci di rilevamento elettrochimico soffrono di scarsa selettività, livello di dettaglio inadeguato e interferenze da parte di specie estranee che possono avere effetti dannosi durante l'analisi in loco.
Inoltre, ulteriori incontri con specie di ossigeno disciolto, sebbene necessari per analizzare la conduttività e il pH, contribuiscono a diminuire la capacità di rilevamento di questi sensori nel tempo.
I ricercatori hanno inoltre sottolineato la necessità di approcci portatili lab-on-a-chip e di produzione su larga scala di sensori elettrochimici usa e getta, flessibili e indossabili. Inoltre, sono necessarie strategie di rilevamento elettrochimico innovative per il rilevamento degli HM nei campioni di biofluidi umani, come saliva, sangue e urina.
"Uno dei compiti più difficili è la commercializzazione delle idee avanzate e sistematiche avanzate dal mondo accademico, dalle industrie farmaceutiche e dagli enti governativi in combinazione con adeguate tecniche di validazione", afferma il Prof. Chang, parlando del futuro della ricerca sui sensori elettrochimici per HM.
Ciononostante, il team è fiducioso che la ricerca in corso nel campo dell'elettronica, delle nanotecnologie e della tecnologia dei materiali possa superare alcuni dei problemi esistenti, aprendo la strada a un rilevamento in loco più rapido, affidabile e preciso degli HM per un ambiente più sicuro e più sano. /P>
Ulteriori informazioni: Ramalingam Manikandan et al, Recenti progressi negli analizzatori elettrochimici miniaturizzati per il rilevamento di metalli pesanti pericolosi nei campioni ambientali, Revisioni di chimica di coordinamento (2023). DOI:10.1016/j.ccr.2023.215487
Fornito dall'Università nazionale di Pusan
