Исследователи из Института науки и технологий Окинавы разработали компактное портативное устройство, способное обнаруживать следовые концентрации пер- и полифторалкильных веществ в воде. Прототип объединяет одноразовые электроды и синтетические рецепторы, открывая возможность быстрого экспресс-тестирования за пределами специализированных лабораторий.
Проблема контроля качества воды вышла на новый технологический уровень после того, как ученые в Японии представили портативную систему для поиска опасных соединений. Традиционные анализы требуют дорогостоящего оборудования, включая масс-спектрометры, и отправки проб в сторонние лаборатории. Новый прибор призван сделать процедуру доступной для полевых условий и повседневного мониторинга.
Как молекулярные отпечатки ловят «вечные химикаты»
В основу датчика легли специально спроектированные материалы — молекулярно отпечатковые полимеры, которые часто называют синтетическими антителами. Специалисты формируют полимерную матрицу вокруг целевой молекулы, а затем удаляют ее, оставляя микроскопические полости, точно повторяющие форму загрязнителя.
Когда частицы опасных соединений попадают в воду и связываются с поверхностью сенсора, они меняют проходящий через него электрический ток. По силе этого изменения прибор определяет концентрацию токсинов без использования дополнительных реагентов. Тестирование коснулось двух наиболее распространенных и проблемных представителей группы PFAS: перфтороктановой кислоты и перфтороктансульфоната.
Технические характеристики и результаты лабораторных тестов
Разработчики напечатали 100 одноразовых электродов на основе вторично используемой ткани всего за несколько часов с помощью трафаретной печати. Каждый электрод подключается к компактному измерительному прибору — потенциостату, который можно подсоединить напрямую к смартфону или ноутбуку.
| Показатель | Значение |
|---|---|
| Целевые соединения | PFOA и PFOS |
| Диапазон измерения | 1–100 пикограммов на миллилитр |
| Пределы обнаружения | 1.11 пг/мл для PFOA; 1.63 пг/мл для PFOS |
| Процент извлечения | 88–96% в намеренно загрязненных образцах |
В ходе экспериментов с питьевой и пресной водой, в которую намеренно добавляли токсичные вещества, датчики показали высокую точность. Результаты научной работы опубликованы в журнале Biosensors and Bioelectronics.
Перспективы применения и мнение разработчиков
Специалисты подчеркивают, что химические соединения сопротивляются естественному разрушению, накапливаются в окружающей среде и связаны с серьезными рисками для здоровья, включая онкологические заболевания и сбои в иммунной системе. Появление мобильного инструмента поможет пищевой промышленности и местным службам оперативнее проверять воду на наличие опасных примесей.
Наша цель — разработать чувствительную и недорогую технологию, которую в конечном итоге можно будет использовать за пределами специализированных лабораторий. Мы продемонстрировали, что это работает для PFOA и PFOS, и та же платформа потенциально может быть адаптирована для обнаружения других соединений PFAS.
Д-р Марк Салливан, исследователь OIST
Платформа создается с расчетом на коммерциализацию и масштабирование. Д-р Перрин Лассер отметила, что подобная система позволит местным ведомствам и обычным семьям вовремя принимать решения о защите воды и необходимости установки фильтров. В свою очередь, профессор Эми Шен подчеркнула практическую значимость подхода.
Точное и доступное обнаружение — важный шаг на пути решения проблемы загрязнения PFAS. Хотя необходимы дальнейшие разработки и полевые испытания, мы видим значительный потенциал для того сделать экологический мониторинг более доступным и широко распространенным.
Профессор Эми Шен, руководитель исследования
На текущий момент проект находится на стадии экспериментального прототипа. Прежде чем технология станет массовой, авторам предстоит подтвердить ее надежность в реальных полевых условиях.
По теме
