Kemister från Michigan State University upptäcker ny information för att hjälpa till att åtgärda "för evigt kemikalier" genom att för första gången visa hur de interagerar med jord på molekylär nivå.

Forskarna, Narasimhan Loganathan och Angela K. Wilson vid College of Natural Science, publicerade sina resultat online i tidskriften Environmental Science &Technology .

"Forever kemikalier" - mer formellt känd som PFAS eller perfluoroalkyl och polyfluoroalkyl ämnen - fick märkningen eftersom de inte bryts ner naturligt. När PFAS förorenar mark och vatten kan de komma in i livsmedelssystemet genom växter, boskap och dricksvatten.

En rapport från Centers for Disease Control and Prevention från 2015 uppskattade att PFAS finns i blodet hos 97 % av amerikanerna. Andra, nyare studier har placerat den siffran närmare 99%.

Det som gör PFAS så allmänt förekommande är en kombination av uthållighet och användbarhet. Mer än 9 000 kemikalier kvalificerar sig som PFAS och de finns i ett brett spektrum av applikationer, inklusive livsmedelsförpackningar, nonstick-kokkärl, brandsläckningsskum och många fler. Medan tid och natur kan försämra vissa komponenter i dessa produkter – och av det avfall som genereras vid framställningen av dem – finns PFAS kvar och ackumuleras i miljön.

Att ta bort PFAS från jord och vatten är därför viktigt för att minska exponeringen för dessa kemikalier och den skada de kan orsaka, inklusive sköldkörtelsjukdom och ökad risk för vissa cancerformer.

"När du börjar titta på begränsningsstrategier ser du mycket om att ta bort PFAS från vatten, men det finns väldigt lite om PFAS i marken", säger Loganathan, senior forskarassistent vid MSU:s avdelning för kemi.

"Och några av studierna är "molekylblinda", säger Wilson, John A. Hannah Distinguished Professor i kemi och en vetenskapsman vid MSU Center for PFAS Research. "Det vill säga, de är inte uppmärksamma på kemin."

Wilson och Loganathan bestämde sig för att hjälpa till att ändra det genom att utföra de första simuleringarna på molekylär nivå av interaktioner mellan PFAS med en jordkomponent, kaolinit.

För studien fokuserade duon på några av de vanligaste och mest problematiska PFAS-kemikalierna. De valde kaolinit på jordsidan eftersom det är ett vanligt jordmineral, särskilt i Michigan.

PFAS är ett problem överallt, men de utgör en unik utmaning i Michigan. Michigan har ett överflöd av PFAS, med mer än 200 kända PFAS-förorenade platser. Ovanpå det är jordbruket och de stora sjöarna grundläggande för statens identitet. Att skydda Michigans land och vatten är ett gemensamt mål för många av statens samhällen, lagstiftare och företag.

"Även innan det här arbetet skulle vi på stora möten och prata om PFAS med människor från olika kommuner, gårdar, avloppsreningsverk och mer", sa Wilson. "Många människor letar efter lösningar."

Studien inspirerades av ett ingenjörsföretag i Michigan som frågade Wilson om hur PFAS kan spridas i marken och hur man bäst kan sanera kemikalierna. Hon hade inte svaren, men hon visste att Loganathan kunde hjälpa henne att börja hitta några.

Hon rekryterade honom för att gå med i detta projekt, med stöd av National Science Foundation. Duon hade också tillgång till beräkningsresurser från National Energy Research Scientific Computing Center och MSU:s Institute for Cyber-Enabled Research, eller iCER.

Resultaten av simuleringarna gav visserligen skäl till optimism när det gäller sanering. Till exempel, några av de PFAS som forskarna studerade som hade längre kolkedjor som tjänade som deras ryggrad samlades på kaoliniten.

"Helst är det här vad du vill. Du vill att alla PFAS bara ska sitta i en klump så att du kan ta tag i det och filtrera bort det," sa Wilson. Baksidan är att de kortkedjiga PFAS var mindre benägna att klumpa ihop sig och förblev mer rörliga i jorden.

"Budskapet att ta hem är att inte alla PFAS beter sig på samma sätt," sa Wilson. "Och inte alla jordar beter sig likadant med avseende på PFAS."

"Komponenterna i jorden spelar en stor roll," sa Loganathan. "Marksammansättningen runt varje förorenad plats kommer att vara avgörande för hur långt PFAS tar sig in i underytan, där de sedan kan nå grundvattnet."

Även om idén att undersöka de otaliga kombinationerna av PFAS och markkomponenter är imponerande, har forskarna visat att deras beräkningsmetod är väl lämpad för att ta itu med mångfalden av problem som är inneboende med PFAS-föroreningar.

"Det fina med beräkningskemi är att du kan studera så många olika system", säger Wilson, vars forskargrupp också undersöker interaktioner mellan PFAS och proteiner i kroppen. Hennes team studerar också PFAS i olika fiskarter med stöd från Great Lakes Fisheries Trust och Strategic Environmental Research and Development Program, som är statliga respektive federala organisationer som finansierar miljöprojekt. Målet, i jord- och biologiprojekten, är att avslöja interaktioner som kan hjälpa till att skydda fler människor från PFAS-exponering.

"Sådana molekylära insikter kommer att vara otroligt viktiga för alla saneringsstrategier," sa Loganathan.