(Phys.org) - Forskare har tagit fram en enkel, system baserat på nanopartiklar, för att upptäcka kvicksilver liksom andra föroreningar. Denna teknik gör det möjligt att enkelt och billigt testa dessa ämnen i vatten och, mer viktigt, i fisken som vi äter. Detta kommer att publiceras i Naturmaterial .

Kvicksilver, vid dumpning i sjöar och floder, ackumuleras i fisk, och hamnar ofta på våra tallrikar. Ett schweizisk-amerikanskt team av forskare under ledning av Francesco Stellacci vid Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) och Bartosz Grzybowski vid Northwestern University har tagit fram en enkel, billigt system baserat på nanopartiklar, ett slags nano-kardborre, att upptäcka och fånga denna giftiga förorening såväl som andra. Partiklarna är täckta med små hårstrån som kan ta tag i giftiga tungmetaller som kvicksilver och kadmium. Denna teknik gör det möjligt att enkelt och billigt testa dessa ämnen i vatten och, mer viktigt, i fisken som vi äter. Deras nya metod kan mäta metylkvicksilver, den vanligaste formen av kvicksilverföroreningar, vid otroligt små attomolära koncentrationer. Systemet beskrivs i en artikel från 9 september, 2012 i tidningen Naturmaterial .

Metylkvicksilver, giftigt och svårt att övervaka

Forskare är särskilt intresserade av att upptäcka kvicksilver. Dess vanligaste form, metylkvicksilver, ackumuleras när man går upp i näringskedjan, når sina högsta nivåer i stora rovfiskar som tonfisk och svärdfisk. I USA, Frankrike och Kanada, folkhälsomyndigheterna rekommenderar gravida kvinnor att begränsa fiskförbrukningen eftersom kvicksilver kan äventyra nervsystemet i det utvecklande fostret.

"Problemet är att nuvarande övervakningstekniker är för dyra och komplexa, "förklarar Constellium stolhållare på EPFL och medförfattare Francesco Stellacci." Vi testar regelbundet kvicksilverhalter i dricksvatten, och om resultaten är bra, Vi antar att nivåerna är acceptabla mellan dessa testperioder. "Men industriell urladdning varierar.

En enkel, billig ny teknik

Tekniken som utvecklats av det schweizisk-amerikanska teamet är enkel att använda. En glasremsa täckt med en film av "håriga" nanopartiklar doppas i vattnet. När en jon - en positivt laddad partikel, som ett metylkvicksilver eller kadmiumjon - hamnar mellan två hårstrån, hårstrån på nära håll, fångar föroreningarna.

En spänningsmätare visar resultatet; ju fler joner som är fångade i nano-kardborrebandet, desto mer el kommer den att leda. Så för att beräkna antalet fångade partiklar, allt man behöver göra är att mäta spänningen över nanostrukturen.

Genom att variera längden på nanohåren, forskarna kan rikta in sig på en viss typ av föroreningar. "Förfarandet är empiriskt, "förklarar Stellacci. Metylkvicksilver, Lyckligtvis, har egenskaper som gör det extremt lätt att fånga utan att oavsiktligt fånga andra ämnen samtidigt; Resultaten är således mycket tillförlitliga.

Den intressanta aspekten av detta tillvägagångssätt är att "läs" -glasremsan kan kosta mindre än 10 dollar, medan mätanordningen bara kostar några hundratals dollar. Analysen kan göras på fältet, så resultaten är omedelbart tillgängliga. "Med en konventionell metod, du måste skicka prover till laboratoriet, och analysutrustningen kostar flera miljoner dollar, "konstaterar Stellacci.

Övertygande tester i Lake Michigan och Florida

Forskarna testade systemet i Lake Michigan, nära Chicago. Trots den höga industrin i regionen, kvicksilverhalterna var extremt låga. "Målet var att jämföra våra mätningar med FDA -mätningar gjorda med konventionella metoder, "förklarar Stellacci." Våra resultat låg inom ett acceptabelt intervall. "

En myggfisk från Everglades i Florida testades också. Denna art är inte särskilt hög i näringskedjan och ackumulerar därför inte höga kvicksilverhalter i dess vävnader. "Vi mätte vävnad som hade lösts i syra. Målet var att se om vi kunde upptäcka ens små kvantiteter." säger Bartosz Grzybowski, Burgess professor i kemi och chef för Non-Equilibrium Energy Research Center vid Northwestern University. USA:s geologiska undersökning rapporterade nästan identiska resultat efter att ha analyserat samma prov.

Från kvant till verkliga tillämpningar

"Jag tycker att det är helt otroligt, "Grzybowski tillägger, "hur de komplexa principerna för kvanttunnel som ligger bakom vår enhet översätts till en så exakt och praktiskt användbar enhet. Det är också anmärkningsvärt att vårt system - genom några relativt enkla kemiska modifieringar - lätt kan anpassas för att upptäcka andra giftiga arter" Forskare har redan visat detektering av kadmium med en mycket hög femtomolär känslighet.

"Med denna teknik, det kommer att vara möjligt att genomföra tester i mycket större skala inom fältet, eller till och med i fisk innan de släpps ut på marknaden, "säger huvudförfattaren Eun Seon Cho. Detta är en nödvändig folkhälsoåtgärd, med tanke på metylkvicksilvers giftiga natur och det extremt komplexa sätt på vilket det sprider sig i miljön och ackumuleras i levande vävnader.