Dispositivo portatile rileva rapidamente i PFAS tossici nell'acqua / Portable device quickly detects toxic PFAS in water
Dispositivo portatile rileva rapidamente i PFAS tossici nell'acqua / Portable device quickly detects toxic PFAS in water
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Le cosiddette sostanze chimiche eterne possono ora essere rilevate con un dispositivo portatile e palmare che utilizza sonde uniche per quantificarle.
La scoperta dei ricercatori della UChicago Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME) e dell'Argonne National Laboratory rileva livelli minuscoli di sostanze perfluoroalchiliche e polifluoroalchiliche (PFAS) nell'acqua.
Il metodo, che intendono condividere tramite un dispositivo portatile, utilizza sonde uniche per quantificare i livelli di PFAS, alcuni dei quali sono tossici per l'uomo.
"I metodi esistenti per misurare i livelli di questi contaminanti possono richiedere settimane e richiedono attrezzature e competenze all'avanguardia", ha affermato Junhong Chen, Crown Family Professor presso la Pritzker School of Molecular Engineering dell'Università di Chicago e responsabile delle strategie idriche presso l'Argonne National Laboratory. "Il nostro nuovo sensore può misurare questi contaminanti in pochi minuti".
La tecnologia, descritta in Nature Water, è in grado di rilevare la presenza di PFAS in concentrazioni pari a 250 parti per quadrilione (ppq), consentendo di monitorare due dei PFAS più tossici, l'acido perfluoroottanoico (PFOA) e l'acido perfluoroottansolfonico (PFOS), per i quali l'Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti (EPA) ha proposto limiti di quattro parti per trilione.
"Il rilevamento e l'eliminazione dei PFAS rappresentano una sfida urgente per l'ambiente e la salute pubblica", ha affermato Andrew Ferguson, Professore di Ingegneria Molecolare presso l'Università di Chicago, PME. "Le simulazioni al computer e l'apprendimento automatico si sono dimostrati strumenti incredibilmente potenti per comprendere come queste molecole si legano ai sensori molecolari e possono guidare gli sforzi sperimentali per progettare sonde molecolari più sensibili e selettive".
"Sebbene siano solitamente presenti in concentrazioni minuscole, i PFAS presentano alcune caratteristiche molecolari che li differenziano da altre sostanze disciolte nell'acqua, e le nostre sonde sono progettate per riconoscere tali caratteristiche", ha affermato Seth Darling, scienziato senior presso Argonne e UChicago.
Una sfida di rilevamento
I PFAS sono sostanze chimiche resistenti all'olio ed all'acqua utilizzate in una vasta gamma di prodotti di consumo ed industriali, tra cui pentole e padelle antiaderenti, imballaggi per fast food, schiume antincendio, impermeabili e moquette antimacchia. Chiamati anche "sostanze chimiche eterne", sono di lunga durata, non si degradano naturalmente e sono stati associati a problemi di salute, tra cui tumori, problemi alla tiroide ed indebolimento del sistema immunitario.
"Il problema con l'applicazione di questi limiti è che rilevare i PFAS è molto difficile e richiede molto tempo", ha affermato Chen. "Attualmente non è possibile prelevare un campione d'acqua e analizzarlo a casa".
Un metodo per misurare i livelli di PFAS è la cromatografia liquida/spettrometria di massa tandem, un costoso test di laboratorio che separa i composti chimici e fornisce informazioni su ciascuno di essi.
I ricercatori che cercano di realizzare test PFAS più rapidi ed economici si trovano ad affrontare alcune sfide: i PFAS sono spesso presenti nell'acqua a concentrazioni molto più basse rispetto ad altri contaminanti più comuni. Inoltre, esistono migliaia di PFAS diversi, con solo lievi variazioni nella struttura chimica, ma con importanti differenze nei loro effetti sulla salute e nelle normative.
Il gruppo di Chen ha sviluppato sensori portatili ad alta sensibilità su chip per computer negli ultimi quindici anni. Chen sta già utilizzando la tecnologia in un sensore al piombo per l'acqua del rubinetto e il suo gruppo di laboratorio sospettava che lo stesso metodo potesse essere utilizzato per il rilevamento dei PFAS. La loro proposta di adattare la tecnologia ai PFAS è diventata parte del progetto " Water Innovation Engine in the Great Lakes" della National Science Foundation .
Progettato dall'IA
Se una molecola di PFAS si lega al sensore di Chen, modifica la conduttività elettrica sulla superficie del chip di silicio. Tuttavia, il gruppo ha dovuto elaborare un modo per rendere ogni sensore altamente specifico per una sola sostanza chimica PFAS, come il PFOS.
Per fare questo, si sono rivolti all'apprendimento automatico per selezionare sonde uniche che potessero essere posizionate sul dispositivo di rilevamento ed, idealmente, legarsi solo al PFAS di interesse.
"In questo contesto, l'apprendimento automatico è uno strumento in grado di esaminare rapidamente innumerevoli sonde chimiche e prevedere quali siano le migliori candidate per il legame con ciascun PFAS", ha affermato Chen.
Nel loro articolo, il gruppo ha dimostrato che una di queste sonde, calcolate computazionalmente, si lega selettivamente al PFOS, anche quando altre sostanze chimiche comuni nell'acqua del rubinetto sono presenti a livelli molto più elevati. Quando l'acqua contenente PFOS scorre attraverso il loro dispositivo, la sostanza chimica si lega alla nuova sonda e modifica la conduttività elettrica del chip. L'entità della variazione della conduttività dipende dal livello di PFOS.
"Il nostro prossimo passo è prevedere e sintetizzare nuove sonde per altre diverse sostanze chimiche PFAS e mostrare come questo possa essere ampliato", ha affermato Chen. "Da lì, ci sono molte possibilità su cos'altro possiamo rilevare con questo stesso approccio: dalle sostanze chimiche nell'acqua potabile agli antibiotici ed ai virus nelle acque reflue".
ENGLISH
So-called forever chemicals can now be detected with a portable, handheld device that uses unique probes to quantify them.
The breakthrough by researchers at the UChicago Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME) and Argonne National Laboratory detects miniscule levels of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in water.
The method, which they plan to share via a portable, handheld device, uses unique probes to quantify levels of PFAS, some of which are toxic to humans.
“Existing methods to measure levels of these contaminants can take weeks, and require state-of-the-art equipment and expertise,” said Junhong Chen, Crown Family Professor at the UChicago Pritzker School of Molecular Engineering and lead water strategist at Argonne National Laboratory. “Our new sensor device can measure these contaminants in just minutes.”
The technology, described in Nature Water, can detect PFAS present at 250 parts per quadrillion (ppq), giving it the ability to monitor for two of the most toxic PFAS - perfluorooctanoic acid (PFOA) and perfluorooctanesulfonic acid (PFOS) - for which the US Environmental Protection Agency (EPA) has proposed limits of four parts per trillion.
The breakthrough by researchers at the UChicago Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME) and Argonne National Laboratory detects miniscule levels of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in water.
The method, which they plan to share via a portable, handheld device, uses unique probes to quantify levels of PFAS, some of which are toxic to humans.
“Existing methods to measure levels of these contaminants can take weeks, and require state-of-the-art equipment and expertise,” said Junhong Chen, Crown Family Professor at the UChicago Pritzker School of Molecular Engineering and lead water strategist at Argonne National Laboratory. “Our new sensor device can measure these contaminants in just minutes.”
The technology, described in Nature Water, can detect PFAS present at 250 parts per quadrillion (ppq), giving it the ability to monitor for two of the most toxic PFAS - perfluorooctanoic acid (PFOA) and perfluorooctanesulfonic acid (PFOS) - for which the US Environmental Protection Agency (EPA) has proposed limits of four parts per trillion.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/content/news/portable-device-detects-toxic-pfas-in-water-within-minutes
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