Kemister vid University of Texas i Austin har utvecklat ett material som har nyckeln till billiga, snabba och bärbara nya sensorer för ett brett utbud av kemikalier som just nu kostar statliga och industriella summor att upptäcka. Innovationen kan leda till stora folkhälsovinster, eftersom det har potential att drastiskt minska kostnaderna i samband med sanering av oavsiktliga kemiska spill, avhjälpa gamla industriområden, upptäcka radioaktiv förorening i dricksvatten, och drift av medicinska och forskningsavbildande enheter.

"Ett företag med en övergiven kemikaliefabrik som har fat omärkta lösningsmedel eller ett allmännyttigt företag som berörs av att dess vattenförsörjning har blivit förorenad idag står inför en besvärlig process för att identifiera kemikalierna innan de kan börja städa, "sa Simon Humphrey, docent i kemi som ledde forskningen. "Det är dyrt och kan ta två eller tre dagar. Vi kan nu göra det med en snabb, metod på plats-och den skillnaden kan förbättra människors hälsa och minska föroreningar mycket mer effektivt. "

Humphrey föreställer sig engångspapperspinnar belagda med det nya materialet. En användare skulle doppa en i en okarakteriserad substans och fästa den i en ultraviolett (UV) läsare. Baserat på ljusets färger, enheten skulle indikera vilka komponenter, såsom organiska lösningsmedel, fluorid, kvicksilver och tungmetaller, finns i ämnet.

Materialet, ringde PCM-22 och beskrivs i ett papper publicerat idag i tidningen Chem , är en kristall gjord av lantanidjoner och trifenylfosfin. När en kemikalie binder till materialet och ett UV -ljus lyser på det, materialet avger specifika färger av synligt ljus. Varje kemikalie producerar en unik åttafaktors signatur av färg och ljusstyrka som kan användas för att identifiera och kvantifiera den i ett okarakteriserat prov.

När forskare kalibrerat sensorn på kända prover för att skapa en katalog med fingeravtryck som kan användas för att identifiera komponenterna i okarakteriserade prover, mätstickans sensorer skulle vara relativt enkla att producera, Sa Humphrey. Han och UT Austin delar gemensamma patent på sensormaterialet och på processen att analysera resultat, och UT Austins Office of Technology Commercialization har redan påbörjat arbetet med att licensiera tekniken till företag.

En annan fördelaktig egenskap hos PCM-22 är att den kan skilja mellan två typer av vatten-det vanliga vattnet (H2O) som vi upplever i vardagen och så kallat tungt vatten (D2O), används vid drift av medicinsk och forskningsavbildning.

Med D2O, väteatomer ersätts av deuteriumatomer, men de två typerna av vatten är notoriskt svåra att skilja åt eftersom de ser ut och, i de flesta fallen, bete sig likadant kemiskt. Det kräver normalt ett kostsamt test med en sofistikerad laboratorieutrustning som kallas en laserspektrometer för att skilja dem åt.

Eftersom det nya materialet gör det enklare att skilja mellan de två vattentyperna, det kan bli mycket lättare för statliga myndigheter att upptäcka förekomst av radioaktiv förorening i dricksvatten eller andra vattendrag som sjöar och floder. När vanligt vatten interagerar med radioaktivt material, såsom uran, en del av det omvandlas till tungt vatten, så förhöjda halter av tungt vatten ger en tidig varning om kontaminering med radioaktivt material.

Möjligheten att snabbt upptäcka och kvantifiera de två formerna av vatten, billigt och vid behov också skulle bana väg för mer överkomliga och tillförlitliga medicinska och forskningsavbildningar, såsom kärnmagnetisk resonansspektroskopi (NMR), som kräver tungt vatten för att fungera. För att NMR ska fungera korrekt, detta tunga vatten måste vara mycket rent, men det är lätt förorenat med vanligt vatten från fukt i atmosfären.

"När du köper tungt vatten från en tillverkare börjar det ultrarent, "Sa Humphrey." Men så fort du skruvar loss flaskan, väteatomer från luften börjar byta med deuteriumatomer. En vecka senare, alla H har blivit förvirrade med D:erna och det förstör effektivt det tunga vattnet. Det är ett utbyte som du inte kan stoppa. "

Det nya materialet, som är tillräckligt känslig för att detektera koncentrationer av vanligt vatten så lågt som 10 delar per miljon i en lösning av tungt vatten, kan göra det billigare och snabbare att verifiera renheten hos detta viktiga reagens.