Une illustration du capteur PFAS de PNNL. Les échantillons d'eau s'écoulent à une extrémité, à travers le labyrinthe et le SPFO est capturé par un matériau semblable à une éponge au milieu. La technologie est disponible sous licence. Crédit :Nathan Johnson | PNNL
Le PNNL a breveté un moyen précis et portable de détecter des quantités infimes d'un produit chimique toxique extrêmement persistant qui s'accumule dans notre corps et notre environnement.
Les substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS) sont dangereuses, produits chimiques synthétiques utilisés dans des produits tels que les ustensiles de cuisine antiadhésifs, vêtements imperméables, emballages alimentaires, et mousse anti-incendie car ils repoussent l'eau et les huiles. Ils ne se décomposent pas naturellement et il n'existe pas de solution miracle connue pour les détruire. De nombreuses études ont lié les PFAS - qui restent longtemps dans l'environnement - à un taux de cholestérol élevé, obésité, système immunitaire affaibli, perturbation endocrinienne, problèmes de thyroïde, et cancéreux.
Le niveau consultatif fédéral de santé pour les PFAS est de 70 parties par billion, à peu près égal à un grain de sel dans 1, 000 gallons d'eau. Certains États américains ont des niveaux encore plus stricts qui ne représentent qu'une fraction de cela. Les niveaux sont si bas, que les échantillons d'eau doivent être envoyés à un laboratoire pour être mesurés à l'aide de méthodes analytiques sensibles. La difficulté de détecter et de mesurer rapidement la présence de PFAS à la source rend la remédiation difficile.
Les chercheurs du PNNL ont développé un petit appareil pour mesurer rapidement et avec précision l'acide perfluorooctanesulfonique (PFOS), qui est un type de PFAS, avec le New Jersey Institute of Technology (NJIT). Le capteur de laboratoire sur puce exclusif peut détecter des niveaux de SPFO inférieurs de deux ordres de grandeur à l'avis fédéral en matière de santé, soit 0,5 partie par billion. Cela offre un moyen sans précédent et pratique de détecter avec précision des quantités infimes de SPFO dans l'eau, sur site, et en temps réel. L'appareil est assez petit, et fonctionne assez vite, pour fournir des données de mesure au point d'utilisation. En outre, Le PNNL étend la capacité de l'appareil à détecter toutes sortes de contaminants PFAS.
« L'eau propre est essentielle. Être capable d'identifier rapidement les sources de contamination par les PFAS est également essentiel, " dit Radha Motkuri, un scientifique des matériaux du PNNL. « Nous envisageons un monde où ce laboratoire sur puce peut être déployé immédiatement et à grande échelle. »
Capteur PFAS de laboratoire sur puce
Rapide, la détection sur site de niveaux très bas de PFAS et de PFOS est une étape clé pour protéger la santé humaine. Historiquement, les tests prennent plusieurs heures à quelques jours, au minimum. Avec le capteur portable de PNNL, Les niveaux de SPFO peuvent être mesurés immédiatement sur place.
Les matériaux de charpente organo-métalliques sont analogues à une éponge, et ont été utilisés pour cibler le SPFO capturé sur une petite sonde dans une plaque microfulidique. Crédit :Andrea Starr| PNNL
"L'année dernière, nous avons travaillé sur la capture du PFOS et nous continuons à développer des matériaux qui capteront des molécules de PFAS supplémentaires à partir de l'eau, " a déclaré Motkuri. " Mais nous voulions développer un outil capable de quantifier rapidement et précisément les PFAS sur site. "
Le capteur ressemble à une lame de microscope avec un petit labyrinthe zigzaguant à travers. Des échantillons d'eau s'écoulent à travers le labyrinthe et dans un matériau semblable à une éponge au milieu. Toutes les molécules de SPFO ou de PFAS dans l'échantillon d'eau sont capturées par l'éponge, tandis que d'autres molécules passent à travers.
Lorsqu'un courant électrique passe à travers le capteur, le PFAS capturé provoque une modification du courant. Ce changement donne une mesure instantanée de la concentration de PFAS dans l'échantillon.
J'attends avec impatience moins de PFAS
Le capteur de point d'utilisation du PNNL a le potentiel d'être utilisé pour la détection d'autres produits chimiques déconcertants qui menacent la santé humaine et l'environnement. L'équipe du PNNL et du NJIT travaille à étendre cette technologie pour détecter d'autres molécules de PFAS, notamment le PFOA, PFBA, PFBS, et GenX—dans diverses sources d'eau souterraine.
Le capteur PFAS est en instance de brevet et la technologie est disponible pour une licence.
« Une variété de secteurs différents pourraient utiliser cette technologie, y compris l'assainissement de l'environnement, eau municipale, fabrication de produits chimiques, pétrole, et la défense, " dit Allan Tuan, Responsable commercialisation PNNL. "Il s'agit d'une percée passionnante pour détecter et mesurer rapidement le SPFO et d'autres contaminants."
Le capteur PFAS est au centre de la "plate-forme de capteur d'impédance microfluidique basée sur un cadre métallique pour la détection ultrasensible du perfluorooctanesulfonate, " un article publié dans l'édition du 4 mars de Matériaux et interfaces appliqués ACS .
