麻省理工学院的化学家设计了一种可检测微量全氟烷基和多氟烷基物质的传感器（PFAS），这些化学物质存在于食品包装、不粘炊具和许多其他消费品中。
这些化合物也被称为“永久性化学物质”，因为它们不会自然分解，与癌症、生殖问题、免疫和内分泌系统的破坏有关。
利用新的传感器技术，研究人员表明，他们可以检测到水样中低至万亿分之二的PFAS水平。他们设计的设备可以为消费者提供一种测试饮用水的方法，在严重依赖PFAS化学品的行业，包括半导体和消防设备的制造，也非常有用。
麻省理工学院约翰·麦克阿瑟化学教授、作者蒂莫西·斯瓦格说：“我们真的需要这些传感技术。我们被这些化学物质困住了很长一段时间，所以我们需要能够检测它们并摆脱它们。本周，该研究发表在美国国家科学院院刊上。
该论文的其他作者是前麻省理工学院博士后和主要作者Sohyun 麻省理工学院研究生Park和Colletetet Gordon。
PFAS检测
成千上万的消费品中使用含有PFAS化学物质的涂料。除了用于炊具的不粘涂层外，还常用于防水服装、防污织物、防油披萨盒、化妆品和消防泡沫。
这些氟化学品来自 1950 自20世纪以来，它一直被广泛使用，可以从工厂、污水处理厂和垃圾填埋场释放到水、空气和土壤中。在所有方面 50 在个州的饮用水源中都发现了它们。
2023 2000年，环境保护署确定了饮用水中的两种危险 PFAS (即全氟辛酸化学物质(即全氟辛酸) （PFOA） 全氟辛基磺酸 （PFOS））“健康建议水平”分别设定为万亿分之一 0.004 和万亿分之 0.02。
目前，消费者确定饮用水是否含有PFAS的方法是将水样送到质谱测试实验室。然而，这个过程需要几周的时间和几百美元。
为了创造一种更便宜、更快的PFAS测试方法，麻省理工学院的团队设计了一种基于侧向分析技术的传感器——与快速Covid-19测试和妊娠测试相同。新传感器嵌入了一种叫做聚苯胺的特殊聚合物，而不是涂有抗体的试纸。当质子添加到材料中时，它可以在半导体和导电状态之间切换。
研究人员将这些聚合物沉积在硝酸纤维纸上，并用表面活性剂涂抹。表面活性剂可以从纸条上的一滴水中拉出PFAS和其他碳氟化合物。当这种情况发生时，PFAS的质子被吸入聚苯胺并变成导体，从而降低材料的电阻。这种电阻变化可以通过电极对智能手机等外部设备进行精确测量，从而对PFAS含量进行定量测量。
该方法仅适用于酸性PFAS，包括两种有害PFAS-PFOA和全氟丁酸（PFBA）。
友好的用户系统
当前版本的传感器可以检测到PFBA浓度低至万亿分之200和万亿分之400的PFOA浓度。这还不足以满足当前的EPA指南，但传感器只使用毫升水的一小部分。研究人员现在正在研究一种可以通过聚苯胺过滤大约一升水的大型设备。他们认为这种方法应该提高100倍以上的灵敏度，目标是满足非常低的EPA推荐水平。
Swager说：“我们真的想象了一个用户友好的家庭系统。”。“你可以想象，如果你把一升水放进去，让它通过薄膜，你会有一个测量薄膜电阻变化的装置。
该设备可以为当前的PFAS检测方法提供更便宜、更快的替代方案。如果在饮用水中检测到PFAS，市场过滤器可以用来降低这些水平。新的测试方法对使用PFAS化学品生产产品的工厂也非常有用，因此他们可以测试制造过程中使用的水是否安全地释放到环境中。
本研究由麻省理工学院科学院资助戈登奖学金、Bose研究基金和帕克的富布赖特奖学金。