I naturen, interaktionen mellan molekyler vid gränsen för olika vätskor kan ge upphov till nya strukturer. Dessa självsammansättande molekyler gör cellbildning möjlig och är avgörande för utvecklingen av allt liv på jorden.

De kan också konstrueras för att utföra specifika funktioner - och nu, ett team av Penn State-forskare har utnyttjat denna möjlighet för att utveckla ett material som kan ta bort långlivade föroreningar från vatten. Forskarna publicerade nyligen sina resultat i Avancerade funktionella material .

"Vi tog inspiration från biologiska system för att se om vi kan få liknande fenomen att dyka upp med icke-biologiska molekyler, "sa Scott Medina, biträdande professor i biomedicinsk teknik och motsvarande författare på tidningen.

För deras experiment, forskarna valde att införliva fluor, ett element som inte är vanligt förekommande i naturen, i en aminosyra och blanda den med en fluorerad olja för att styra dess molekylära organisation. Teamet tillsatte den fluorerade oljan till vatten, där den bildade en pärla bestående av fluordroppen omgiven av en aminosyrabeläggning. När forskarna vände på flaskan för att exponera pärlan för luft, pärlens komponenter arrangerades om för att bilda en film. Består av ett tunt lager fluorerad olja omgiven av två lager av mikroskopiska aminosyrakristallina strukturer, den här filmen kan ordna om sig själv i pärlan när den skakas – och ta med sig andra fluorerade molekyler.

"Fluorer spelar inte bra med andra, så om du sätter ihop dem blir det väldigt starka interaktioner, "Medina sa." Fluorerade föroreningar i vatten vill skilja sig från vattnet och hitta andra fluorrika ämnen. "

Detta fenomen, och föreningens förmåga att växla mellan ett filmtillstånd och pärlformen, väckte forskarnas intresse för eventuell föroreningsfångst. Per- och polyfluoroalkylämnen (PFAS) är konstgjorda kemikalier som innehåller fluor som vanligtvis används vid tillverkning av vatten- eller fettavvisande produkter. Deras molekylära struktur gör att de kan ackumuleras i miljöer och människokroppen – permanent.

"Naturen har inte utvecklat sätt att bryta ned fluorinnehållande molekyler effektivt, så dessa föreningar sitter kvar länge, "Sade Medina. "De kommer ut i avloppsvatten och jord, ta sig in i dricksvatten och mat, och vi konsumerar dem - och våra kroppar bryter inte ner dem särskilt bra, antingen."

För att testa den nya föreningens potential för PFAS-infångning, forskarna tillsatte förorenat vatten till en plastbehållare belagd med sin fluorerade aminosyrafilm. Filmen fångade PFAS-ämnen inom två timmar och kunde hålla dem i upp till 24 timmar. Från detta skede, filmen som innehåller PFAS kan omröras för att reformera sig till en sammanhängande pärla som enkelt kan samlas upp från det nu renade vattnet.

Forskarna planerar att ytterligare utforska dessa föroreningsutvinningsmöjligheter, undersöker inte bara vattenrening utan också potentialen att skörda föreningar från luft. Med ytterligare forskning om dess tillämpningar, den fluorerade föreningen kan bli ett verktyg för avlägsnande av föroreningar för flera användningsområden för användning i en mängd olika inställningar.

"Det läggs mycket ansträngning på att undersöka toxikologin hos PFAS och hur man reglerar dem, "Det här materialet skulle kunna implementeras för att ta bort PFAS från dricksvatten - och vi tror att det kan ha mycket nytta i andra områden också."