一种新的传感器可以检测到饮用水中有害的“永久化学物质”

麻省理工学院的一种传感器可以检测到饮用水中被称为PFAS(全氟烷基和多氟烷基物质)的“永久化学物质”。PFAS存在于许多消费品中，与癌症和其他健康问题有关。

　　

麻省理工学院的化学家们设计了一种传感器，可以检测微量的全氟烷基和多氟烷基物质(PFAS)，这些化学物质存在于食品包装、不粘锅和许多其他消费品中。

这些化合物也被称为“永久化学物质”，因为它们不会自然分解，与各种有害的健康影响有关，包括癌症、生殖问题以及免疫和内分泌系统的破坏。

利用新的传感器技术，研究人员表明，他们可以检测到水样中低至万亿分之200的PFAS水平。他们设计的设备可以为消费者提供一种测试饮用水的方法，它也可以用于严重依赖PFAS化学品的行业，包括半导体和消防设备的制造。

“我们确实需要这些传感技术。我们被这些化学物质困住了很长一段时间，所以我们需要能够检测到它们并摆脱它们，”Timothy Swager说，这项研究发表在本周的《美国国家科学院院刊》上。

该论文的其他作者是前麻省理工学院博士后兼第一作者Sohyun Park和麻省理工学院研究生Collette Gordon。

检测PFA

含有PFAS化学物质的涂料被用于成千上万的消费品中。除了用于炊具的不粘涂层外，它们还常用于防水服装，防污织物，防油披萨盒，化妆品和消防泡沫。

这些自20世纪50年代以来被广泛使用的含氟化学物质可以从工厂、污水处理厂和垃圾填埋场释放到水、空气和土壤中。在所有50个州的饮用水源中都发现了它们。

2023年，美国环境保护局(Environmental Protection Agency)为两种最危险的全氟辛酸(PFOA)和全氟辛基磺酸(PFOS)制定了“咨询健康限值”。这些建议要求饮用水中全氟辛烷磺酸的限量为0.004万亿分之一，全氟辛烷磺酸的限量为0.02万亿分之一。

目前，消费者确定饮用水中是否含有PFAS的唯一方法是将水样送到实验室进行质谱检测。然而，这个过程需要几个星期，花费数百美元。

为了创造一种更便宜、更快速的检测PFAS的方法，麻省理工学院的团队设计了一种基于侧流技术的传感器——与快速Covid-19检测和妊娠检测相同的方法。这种新型传感器不是用涂有抗体的测试条，而是嵌入一种被称为聚苯胺的特殊聚合物，当质子加入到材料中时，它可以在半导体和导电状态之间切换。

研究人员将这些聚合物沉积在一条硝化纤维纸上，并在其表面涂上一层表面活性剂，这种表面活性剂可以将氟碳化合物(如PFAS)从放置在纸条上的水滴中拉出来。当这种情况发生时，来自PFAS的质子被吸引到聚苯胺中，并将其变成导体，从而降低了材料的电阻。这种电阻的变化可以用电极精确测量，并发送到智能手机等外部设备，可以定量测量PFAS的含量。

这种方法只适用于酸性的PFAS，其中包括两种最有害的PFAS - PFOA和全氟丁酸(PFBA)。

用户友好的系统

当前版本的传感器可以检测低至200万亿分之一的PFBA和400万亿分之一的PFOA浓度。这还不够低，不能满足目前EPA的指导方针，但传感器只使用了一毫升水的一小部分。研究人员目前正在研究一种更大规模的设备，该设备将能够通过聚苯胺制成的膜过滤大约一升水，他们相信这种方法将使灵敏度提高一百倍以上，目标是达到EPA非常低的建议水平。

“我们确实设想了一个用户友好的家庭系统，你可以想象一下，放入一升水，让它穿过膜，然后你有一个测量膜阻力变化的装置。”

这种装置可以为目前的PFAS检测方法提供一种更便宜、更快速的替代方法。如果在饮用水中检测到PFAS，可以在家用饮用水中使用市售过滤器来降低这些水平。这种新的测试方法对生产含有PFAS化学物质的产品的工厂也很有用，这样他们就可以测试在生产过程中使用的水是否可以安全释放到环境中。