PNNL PFAS傳感器的圖示。水樣本的一端流過(guò)迷宮，而全氟辛烷磺酸被中間的海綿狀材料捕獲。該技術(shù)可用于許可。圖片提供：Nathan Johnson | PNNL

PNNL已獲得專(zhuān)利的一種精確且便攜式的方法，可以檢測(cè)微量的極度持久的有毒化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)積聚在我們的身體和環(huán)境中。

全氟烷基物質(zhì)和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）是危險(xiǎn)的人造化學(xué)物質(zhì)，可用于不粘炊具，防水服，食品包裝和滅火泡沫等產(chǎn)品，因?yàn)樗鼈儠?huì)排斥水和油。它們不會(huì)自然分解，也沒(méi)有已知的快速修復(fù)方法可以摧毀它們。多項(xiàng)研究已將PFAS（在環(huán)境中長(zhǎng)期存在）與膽固醇升高，肥胖，免疫系統(tǒng)減弱，內(nèi)分泌紊亂，甲狀腺疾病和癌癥聯(lián)系起來(lái)。

PFAS的聯(lián)邦健康咨詢(xún)水平為70萬(wàn)億分之一，大約等于1,000加侖水中的一粒鹽。美國(guó)某些州的嚴(yán)格程度甚至更高。水位太低，以致必須使用敏感的分析方法將水樣送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)量。從源頭快速檢測(cè)和測(cè)量PFAS存在的困難使補(bǔ)救工作面臨挑戰(zhàn)。

PNNL研究人員與新澤西理工學(xué)院（NJIT）合作開(kāi)發(fā)了一種小型設(shè)備，可以快速，準(zhǔn)確地測(cè)量全氟辛烷磺酸（PFOS），這是一種PFAS。專(zhuān)有的芯片實(shí)驗(yàn)室傳感器可以檢測(cè)到全氟辛烷磺酸水平，該水平比聯(lián)邦健康通報(bào)低兩個(gè)數(shù)量級(jí)（0.5萬(wàn)億分之一）。這提供了一種前所未有的便捷方式，可以準(zhǔn)確，現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)時(shí)地檢測(cè)水中的微量全氟辛烷磺酸。該設(shè)備足夠小，并且運(yùn)行速度足夠快，可以提供使用點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)。此外，PNNL正在擴(kuò)展該設(shè)備檢測(cè)各種PFAS污染物的能力。

PNNL材料科學(xué)家Radha Motkuri說(shuō)：“凈水是必不可少的。能夠快速識(shí)別PFAS污染的來(lái)源也很重要。” “我們預(yù)見(jiàn)了一個(gè)可以立即廣泛部署該芯片實(shí)驗(yàn)室的世界。”

片上實(shí)驗(yàn)室PFAS傳感器

快速，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)超低含量的PFAS和PFOS是保護(hù)人類(lèi)健康的關(guān)鍵一步。從歷史上看，測(cè)試最少需要幾個(gè)小時(shí)到幾天。使用PNNL的便攜式傳感器，可以立即在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量PFOS的水平。

金屬有機(jī)框架材料類(lèi)似于海綿，用于將捕獲的PFOS靶向微流板內(nèi)的小探針。圖片來(lái)源：Andrea Starr | PNNL

Motkuri說(shuō)：“去年，我們致力于全氟辛烷磺酸的捕集，我們將繼續(xù)開(kāi)發(fā)可從水中捕集更多全氟辛烷磺酸分子的材料�！� “但是我們希望開(kāi)發(fā)一種可以在現(xiàn)場(chǎng)快速準(zhǔn)確地量化PFAS的工具�！�

傳感器看起來(lái)像一個(gè)顯微鏡載玻片，上面有一個(gè)曲折的小迷宮。水樣本流過(guò)迷宮，并進(jìn)入中間的海綿狀材料。水樣本中的任何PFOS或PFAS分子都被海綿捕獲，而其他分子則通過(guò)。

當(dāng)電流脈沖通過(guò)傳感器時(shí)，捕獲的PFAS會(huì)引起電流變化。這種變化可以瞬時(shí)測(cè)量樣品中PFAS的濃度。

期待減少PFAS

PNNL的使用點(diǎn)傳感器有潛力用于檢測(cè)其他威脅人類(lèi)健康和環(huán)境的令人不安的化學(xué)品。PNNL和NJIT小組正在努力擴(kuò)展這項(xiàng)技術(shù)，以檢測(cè)各種地下水源中的其他PFAS分子，包括PFOA，PFBA，PFBS和GenX。

PFAS傳感器正在申請(qǐng)專(zhuān)利，該技術(shù)可用于許可。

PNNL商業(yè)化經(jīng)理Allan Tuan說(shuō)：“各種不同的部門(mén)都可以使用該技術(shù)，包括環(huán)境修復(fù)，市政水，化學(xué)制造，石油和國(guó)防�！� “這是快速檢測(cè)和測(cè)量PFOS和其他污染物的令人振奮的突破。”

PFAS傳感器是3月4日在ACS Applied Materials＆Interfaces上發(fā)表的論文“用于超靈敏檢測(cè)全氟辛烷磺酸的基于金屬-有機(jī)框架的微流體阻抗傳感器平臺(tái)”的重點(diǎn)。