PNNL har patenterat ett exakt och portabelt sätt att upptäcka små mängder av en extremt långlivad giftig kemikalie som ackumuleras i våra kroppar och vår miljö.

Per- och polyfluoralkylämnen (PFAS) är farliga, konstgjorda kemikalier som används i produkter som non-stick kokkärl, vattentäta kläder, Matförpackning, och släckskum eftersom de stöter bort vatten och oljor. De bryts inte ner naturligt och det finns ingen känd snabb lösning för att förstöra dem. Flera studier har kopplat PFAS - som stannar länge i miljön - till förhöjt kolesterol, fetma, försvagat immunförsvar, endokrina störningar, sköldkörtelproblem, och cancer.

Den federala hälsorådgivningsnivån för PFAS är 70 delar per biljon, ungefär lika med en nypa salt i 1, 000 liter vatten. Vissa amerikanska stater har ännu strängare nivåer som är en bråkdel av det. Nivåerna är så låga, att vattenprover ska skickas iväg till ett laboratorium för mätning med känsliga analysmetoder. Svårigheten att snabbt upptäcka och mäta PFAS-närvaro vid källan gör sanering utmanande.

PNNL-forskare utvecklade en liten enhet för att snabbt och exakt mäta perfluoroktansulfonsyra (PFOS), som är en typ av PFAS, med New Jersey Institute of Technology (NJIT). Den patenterade lab-on-a-chip-sensorn kan upptäcka PFOS-nivåer som är två storleksordningar lägre än den federala hälsorådgivningen – 0,5 delar per biljon. Detta erbjuder ett aldrig tidigare skådat och bekvämt sätt att detektera minimala mängder PFOS i vatten exakt, på plats, och i realtid. Enheten är tillräckligt liten, och presterar tillräckligt snabbt, för att tillhandahålla mätdata från användningsplatsen. Dessutom, PNNL utökar enhetens förmåga att upptäcka alla typer av PFAS-föroreningar.

"Rent vatten är viktigt. Att snabbt kunna identifiera källor till PFAS-kontamination är också viktigt, sade Radha Motkuri, en PNNL materialforskare. "Vi föreställer oss en värld där detta lab-on-a-chip kan distribueras omedelbart och brett."

Lab-on-a-chip PFAS-sensor

Snabb, Detektering på plats av superlåga nivåer av PFAS och PFOS är ett nyckelsteg för att skydda människors hälsa. Historiskt sett, testning tar flera timmar till några dagar – minst. Med PNNL:s bärbara sensor, PFOS-nivåer kan mätas direkt på plats.

"Förra året, vi arbetade med PFOS-infångning och vi fortsätter att utveckla material som kommer att fånga upp ytterligare PFAS-molekyler från vatten, ", sa Motkuri. "Men vi ville utveckla ett verktyg som snabbt och exakt kan kvantifiera PFAS på plats."

Sensorn ser ut som ett objektglas med en liten labyrint som sicksackar igenom den. Vattenprover rinner genom labyrinten och in i ett svampliknande material i mitten. Alla PFOS- eller PFAS-molekyler i vattenprovet fångas upp av svampen, medan andra molekyler passerar igenom.

När en elektrisk ström pulserar genom sensorn, den fångade PFAS orsakar en förändring i strömmen. Denna förändring ger en omedelbar mätning av PFAS-koncentrationen i provet.

Ser fram emot mindre PFAS

PNNL:s point-of-use sensor har potential att användas för att upptäcka andra oroande kemikalier som hotar människors hälsa och miljön. PNNL- och NJIT-teamet arbetar för att utöka denna teknologi för att detektera andra PFAS-molekyler – inklusive PFOA, PFBA, PFBS, och GenX—i olika grundvattenkällor.

PFAS-sensorn är patentsökt och tekniken är tillgänglig för licensiering.

"En mängd olika sektorer skulle kunna använda den här tekniken, inklusive miljösanering, kommunalt vatten, kemisk tillverkning, petroleum, och försvar, sa Allan Tuan, PNNL kommersialiseringsansvarig. "Detta är ett spännande genombrott för att snabbt upptäcka och mäta PFOS och andra föroreningar."

PFAS-sensorn är i fokus för "Metal-Organic Framework-Based Microfluidic Impedance Sensor Platform for Ultrasensitive Detection of Perfluorooctanesulfonate, " en tidning publicerad i den 4 mars upplagan av ACS tillämpade material och gränssnitt .