麻省理工学院的化学家设计了一种传感器，可以检测微量的全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS），这些化学物质存在于食品包装、不粘炊具和许多其他消费品中。

这些化合物，也被称为“永久化学物质”，因为它们不会自然分解，与各种有害的健康影响有关，包括癌症、生殖问题以及免疫和内分泌系统的破坏。

使用新的传感器技术，研究人员表明，他们可以检测到水样中低至万亿分之200的PFAS水平。他们设计的设备可以为消费者提供一种测试饮用水的方法，并且在严重依赖PFAS化学品的行业中也很有用，包括半导体和消防设备的制造。

“确实需要这些传感技术。我们被这些化学物质困住了很长时间，所以我们需要能够检测它们并摆脱它们，“麻省理工学院约翰·麦克阿瑟化学教授、该研究的作者蒂莫西·斯瓦格说，该研究本周发表在《美国国家科学院院刊》上。

该论文的其他作者是前麻省理工学院博士后和主要作者Sohyun Park和麻省理工学院研究生Collette Gordon。

检测PFAS

含有PFAS化学物质的涂料被用于数以千计的消费品中。除了用于炊具的不粘涂层外，它们还常用于防水服装、防污织物、防油披萨盒、化妆品和消防泡沫。

这些氟化化学品自 1950 年代以来一直被广泛使用，可以从工厂、污水处理厂和垃圾填埋场释放到水、空气和土壤中。在所有 50 个州的饮用水源中都发现了它们。

2023 年，环境保护署确定了饮用水中两种危险的 PFAS 化学物质（即全氟辛酸 （PFOA） 和全氟辛基磺酸 （PFOS））的“健康建议水平”，分别将其设定为万亿分之 0.004 和万亿分之 0.02。

目前，消费者确定饮用水是否含有PFAS的方法是将水样送到进行质谱测试的实验室。但是，此过程需要数周时间并花费数百美元。

为了创造一种更便宜、更快捷的PFAS测试方法，麻省理工学院的团队设计了一种基于侧向层析技术的传感器--与用于快速Covid-19测试和妊娠测试的方法相同。新传感器没有涂有抗体的试纸，而是嵌入了一种称为聚苯胺的特殊聚合物，当质子添加到材料中时，它可以在半导体和导电状态之间切换。

研究人员将这些聚合物沉积在一条硝酸纤维纸上，并用表面活性剂涂覆它们，该表面活性剂可以从放置在纸条上的一滴水中拉出PFAS等碳氟化合物。当这种情况发生时，来自PFAS的质子被吸入聚苯胺并将其变成导体，从而降低材料的电阻。这种电阻变化可以使用电极精确测量并发送到智能手机等外部设备，从而定量测量PFAS的含量。

这种方法仅适用于酸性PFAS，其中包括两种有害的PFAS——PFOA和全氟丁酸（PFBA）。

用户友好的系统

该传感器的当前版本可以检测低至万亿分之200的PFBA浓度和低至万亿分之400的PFOA浓度。这还不足以满足当前的EPA指南，但该传感器仅使用毫升水的一小部分。研究人员现在正在研究一种更大规模的设备，该设备能够通过聚苯胺制成的膜过滤大约一升水，他们认为这种方法应该将灵敏度提高一百倍以上，目标是满足非常低的EPA建议水平。

“我们确实设想了一个用户友好的家庭系统，”Swager说。“你可以想象放入一升水，让它通过膜，你就有一个测量膜电阻变化的装置。

这种设备可以为当前的PFAS检测方法提供一种更便宜、更快速的替代方案。如果在饮用水中检测到PFAS，则可以使用市售过滤器来降低这些水平。新的测试方法对于使用PFAS化学品生产产品的工厂也很有用，因此他们可以测试制造过程中使用的水是否安全释放到环境中。

该研究由麻省理工学院科学学院对戈登的奖学金，Bose研究基金和帕克的富布赖特奖学金资助。