Naukowcy z Uniwersytetu Massachusetts Amherst odkryli nowy sposób wykrywania substancji per- i polifluoroalkilowych (PFAS) w wodzie. Oznacza to ważny krok naprzód w tworzeniu urządzeń testujących, które są prostsze, bardziej opłacalne, szybsze i ogólnie bardziej dostępne niż istniejące metody.
PFAS, tak zwane „wieczne chemikalia”, uznano za niepokojącą substancję zanieczyszczającą.
Te chemikalia utrzymują się w środowisku, ponieważ są odporne na rozkład i stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia. Narażenie na te chemikalia wiąże się z występowaniem różnych nowotworów (w tym nowotworów nerek, jąder, piersi, jajnika, prostaty, tarczycy i białaczki dziecięcej), uszkodzeń wątroby i serca oraz uszkodzeń rozwojowych u niemowląt i dzieci.
Na początku tego roku Agencja Ochrony Środowiska (EPA) ogłosiła pierwszą w historii krajową normę bezpieczeństwa dla PFAS w wodzie pitnej na poziomie 4 ppt. „PPT – to oznacza części na bilion. Oznacza to, że na bilion cząsteczek w wodzie tylko 4 cząsteczki to PFAS. A wtedy musimy być w stanie wykryć nawet te kilka” – wyjaśnia Chang Liu, profesor nadzwyczajny inżynierii biomedycznej na UMass Amherst i autor korespondencyjny artykułu opublikowanego w czasopiśmie Nauka Postępy który opisuje ich nową metodę.
Złotym standardem badania PFAS jest obecnie chromatografia cieczowa połączona ze spektrometrią mas. Jednak ta metoda wymaga sprzętu wartego milion dolarów i skomplikowanych etapów ekstrakcji. I nie jest przenośny. „Ponadto utrzymujące się pozostałości PFAS mogą z czasem zmniejszyć czułość tych instrumentów” – mówi Xiaojun Wei, pierwszy autor artykułu i adiunkt na UMass Amherst.
Ich badanie pokazuje, że małe, niedrogie urządzenie jest możliwe do identyfikacji różnych rodzin PFAS i wykrywania PFAS na poziomach tak niskich jak 400 ppt. Choć wynalazek na etapie weryfikacji koncepcji nie osiąga tego samego poziomu czułości ani zakresu typów PFAS, jakie można wykryć w porównaniu ze spektrometrią mas, naukowcy dostrzegają duży potencjał jego wpływu.
„Podnosimy koszt instrumentu ze skali miliona dolarów do kilku tysięcy” – mówi Liu. „Potrzebujemy lepszej technologii wykrywania PFAS – bardziej dostępnej, tańszej i łatwiejszej w użyciu. Oraz większej liczby testów na miejscu. To jest motywacja”.
Naukowcy widzą także zastosowanie tej metody jako narzędzia do wstępnej kontroli w celu identyfikacji wody, która stwarza największe ryzyko dla zdrowia ludzkiego.
Ich urządzenie testujące działa poprzez dodanie cząsteczki zwanej cyklodekstryną do małego urządzenia, które jest zwykle używane do sekwencjonowania DNA, zwanego nanoporem. Interakcja „gospodarz-gość” pomiędzy cyklodekstryną i PFAS została dobrze udokumentowana, ale Liu wyjaśnia, że nikt nigdy nie łączył jej z nanoporem do wykrywania. „Teraz używamy jednej z tych cząsteczek, zwanej HP-gamma-cyklodekstryną, jako adaptera w nanoporach alfa-hemolizyny” – mówi, skutecznie tworząc detektor PFAS.
Liu ma nadzieję, że ich badania pomogą podnieść świadomość na temat zagrożeń stwarzanych przez PFAS i ostatecznie doprowadzą do powstania komercyjnego przenośnego detektora PFAS do monitorowania wody w terenie.
