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麻省理工學(xué)院的化學(xué)家設(shè)計(jì)了一種傳感器，可以檢測(cè)微量的全氟烷基和多氟烷基物質(zhì)（PFAS），這些化學(xué)物質(zhì)存在于食品包裝、不粘炊具和許多其他消費(fèi)品中。

這些化合物，也被稱為“永久化學(xué)物質(zhì)”，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)自然分解，與各種有害的健康影響有關(guān)，包括癌癥、生殖問(wèn)題以及免疫和內(nèi)分泌系統(tǒng)的破壞。

使用新的傳感器技術(shù)，研究人員表明，他們可以檢測(cè)到水樣中低至萬(wàn)億分之200的PFAS水平。他們?cè)O(shè)計(jì)的設(shè)備可以為消費(fèi)者提供一種測(cè)試飲用水的方法，并且在嚴(yán)重依賴PFAS化學(xué)品的行業(yè)中也很有用，包括半導(dǎo)體和消防設(shè)備的制造。

“確實(shí)需要這些傳感技術(shù)。我們被這些化學(xué)物質(zhì)困住了很長(zhǎng)時(shí)間，所以我們需要能夠檢測(cè)它們并擺脫它們，“麻省理工學(xué)院約翰·麥克阿瑟化學(xué)教授、該研究的作者蒂莫西·斯瓦格說(shuō)，該研究本周發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

該論文的其他作者是前麻省理工學(xué)院博士后和主要作者Sohyun Park和麻省理工學(xué)院研究生Collette Gordon。

檢測(cè)PFAS

含有PFAS化學(xué)物質(zhì)的涂料被用于數(shù)以千計(jì)的消費(fèi)品中。除了用于炊具的不粘涂層外，它們還常用于防水服裝、防污織物、防油披薩盒、化妝品和消防泡沫。

這些氟化化學(xué)品自 1950 年代以來(lái)一直被廣泛使用，可以從工廠、污水處理廠和垃圾填埋場(chǎng)釋放到水、空氣和土壤中。在所有 50 個(gè)州的飲用水源中都發(fā)現(xiàn)了它們。

2023 年，環(huán)境保護(hù)署確定了飲用水中兩種危險(xiǎn)的 PFAS 化學(xué)物質(zhì)（即全氟辛酸 （PFOA） 和全氟辛基磺酸 （PFOS））的“健康建議水平”，分別將其設(shè)定為萬(wàn)億分之 0.004 和萬(wàn)億分之 0.02。

目前，消費(fèi)者確定飲用水是否含有PFAS的方法是將水樣送到進(jìn)行質(zhì)譜測(cè)試的實(shí)驗(yàn)室。但是，此過(guò)程需要數(shù)周時(shí)間并花費(fèi)數(shù)百美元。

為了創(chuàng)造一種更便宜、更快捷的PFAS測(cè)試方法，麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種基于側(cè)向?qū)游黾夹g(shù)的傳感器--與用于快速Covid-19測(cè)試和妊娠測(cè)試的方法相同。新傳感器沒(méi)有涂有抗體的試紙，而是嵌入了一種稱為聚苯胺的特殊聚合物，當(dāng)質(zhì)子添加到材料中時(shí)，它可以在半導(dǎo)體和導(dǎo)電狀態(tài)之間切換。

研究人員將這些聚合物沉積在一條硝酸纖維紙上，并用表面活性劑涂覆它們，該表面活性劑可以從放置在紙條上的一滴水中拉出PFAS等碳氟化合物。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，來(lái)自PFAS的質(zhì)子被吸入聚苯胺并將其變成導(dǎo)體，從而降低材料的電阻。這種電阻變化可以使用電極精確測(cè)量并發(fā)送到智能手機(jī)等外部設(shè)備，從而定量測(cè)量PFAS的含量。

這種方法僅適用于酸性PFAS，其中包括兩種有害的PFAS——PFOA和全氟丁酸（PFBA）。

用戶友好的系統(tǒng)

該傳感器的當(dāng)前版本可以檢測(cè)低至萬(wàn)億分之200的PFBA濃度和低至萬(wàn)億分之400的PFOA濃度。這還不足以滿足當(dāng)前的EPA指南，但該傳感器僅使用毫升水的一小部分。研究人員現(xiàn)在正在研究一種更大規(guī)模的設(shè)備，該設(shè)備能夠通過(guò)聚苯胺制成的膜過(guò)濾大約一升水，他們認(rèn)為這種方法應(yīng)該將靈敏度提高一百倍以上，目標(biāo)是滿足非常低的EPA建議水平。

“我們確實(shí)設(shè)想了一個(gè)用戶友好的家庭系統(tǒng)，”Swager說(shuō)�！澳憧梢韵胂蠓湃胍簧�水，讓它通過(guò)膜，你就有一個(gè)測(cè)量膜電阻變化的裝置。

這種設(shè)備可以為當(dāng)前的PFAS檢測(cè)方法提供一種更便宜、更快速的替代方案。如果在飲用水中檢測(cè)到PFAS，則可以使用市售過(guò)濾器來(lái)降低這些水平。新的測(cè)試方法對(duì)于使用PFAS化學(xué)品生產(chǎn)產(chǎn)品的工廠也很有用，因此他們可以測(cè)試制造過(guò)程中使用的水是否安全釋放到環(huán)境中。

該研究由麻省理工學(xué)院科學(xué)學(xué)院對(duì)戈登的獎(jiǎng)學(xué)金，Bose研究基金和帕克的富布賴特獎(jiǎng)學(xué)金資助。