PNNL PFAS傳感器的圖示。水樣本的一端流過迷宮，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已獲得專利的一種精確且便攜式的方法，可以檢測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，因為它們會排斥水和油。它們不會自然分解，也沒有已知的快速修復(fù)方法可以摧毀它們。多項研究已將PFAS（在環(huán)境中長期存在）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。

PFAS的聯(lián)邦健康咨詢水平為70萬億分之一，大約等于1,000加侖水中的一粒鹽。美國某些州的嚴(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驗室進行測量。從源頭快速檢測和測量PFAS存在的困難使補救工作面臨挑戰(zhàn)。

PNNL研究人員與新澤西理工學(xué)院（NJIT）合作開發(fā)了一種小型設(shè)備，可以快速，準(zhǔn)確地測量全氟辛烷磺酸（PFOS），這是一種PFAS。專有的芯片實驗室傳感器可以檢測到全氟辛烷磺酸水平，該水平比聯(lián)邦健康通報低兩個數(shù)量級（0.5萬億分之一）。這提供了一種前所未有的便捷方式，可以準(zhǔn)確，現(xiàn)場和實時地檢測水中的微量全氟辛烷磺酸。該設(shè)備足夠小，并且運行速度足夠快，可以提供使用點測量數(shù)據(jù)。此外，PNNL正在擴展該設(shè)備檢測各種PFAS污染物的能力。

PNNL材料科學(xué)家Radha Motkuri說：“凈水是必不可少的。能夠快速識別PFAS污染的來源也很重要�！� “我們預(yù)見了一個可以立即廣泛部署該芯片實驗室的世界。”

片上實驗室PFAS傳感器

快速，現(xiàn)場檢測超低含量的PFAS和PFOS是保護人類健康的關(guān)鍵一步。從歷史上看，測試最少需要幾個小時到幾天。使用PNNL的便攜式傳感器，可以立即在現(xiàn)場測量PFOS的水平。

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

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

傳感器看起來像一個顯微鏡載玻片，上面有一個曲折的小迷宮。水樣本流過迷宮，并進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。

當(dāng)電流脈沖通過傳感器時，捕獲的PFAS會引起電流變化。這種變化可以瞬時測量樣品中PFAS的濃度。

期待減少PFAS

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

PFAS傳感器正在申請專利，該技術(shù)可用于許可。

PNNL商業(yè)化經(jīng)理Allan Tuan說：“各種不同的部門都可以使用該技術(shù)，包括環(huán)境修復(fù)，市政水，化學(xué)制造，石油和國防。” “這是快速檢測和測量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“用于超靈敏檢測全氟辛烷磺酸的基于金屬-有機框架的微流體阻抗傳感器平臺”的重點。