Um novo sensor detecta produtos químicos prejudiciais para sempre na água potável

Crédito:Unsplash/CC0 Domínio Público

Os químicos do MIT projetaram um sensor que detecta pequenas quantidades de substâncias perfluoroalquil e polifluoroalquil (PFAS) – produtos químicos encontrados em embalagens de alimentos, utensílios de cozinha antiaderentes e muitos outros produtos de consumo.

Estes compostos, também conhecidos como “produtos químicos eternos” porque não se decompõem naturalmente, têm sido associados a uma variedade de efeitos nocivos para a saúde, incluindo cancro, problemas reprodutivos e perturbações dos sistemas imunitário e endócrino.

Usando a nova tecnologia de sensores, os pesquisadores mostraram que poderiam detectar níveis de PFAS tão baixos quanto 200 partes por trilhão em uma amostra de água. O dispositivo que conceberam poderia oferecer aos consumidores uma forma de testar a sua água potável e também poderia ser útil em indústrias que dependem fortemente de produtos químicos PFAS, incluindo o fabrico de semicondutores e equipamentos de combate a incêndios.

"Há uma necessidade real dessas tecnologias de detecção. Estamos presos a esses produtos químicos há muito tempo, então precisamos ser capazes de detectá-los e nos livrar deles", diz Timothy Swager, professor de química John D. MacArthur. no MIT e autor sênior do estudo, que aparece no Proceedings of the National Academy of Sciences .

Outros autores do artigo são o ex-pós-doutorado do MIT e autor principal Sohyun Park e a estudante de pós-graduação do MIT Collette Gordon.

Detectando PFAS

Revestimentos contendo produtos químicos PFAS são usados em milhares de produtos de consumo. Além dos revestimentos antiaderentes para utensílios de cozinha, eles também são comumente usados em roupas repelentes à água, tecidos resistentes a manchas, caixas de pizza resistentes a gordura, cosméticos e espumas de combate a incêndios.

Esses produtos químicos fluorados, amplamente utilizados desde a década de 1950, podem ser liberados na água, no ar e no solo, a partir de fábricas, estações de tratamento de esgoto e aterros sanitários. Eles foram encontrados em fontes de água potável em todos os 50 estados.

Em 2023, a Agência de Proteção Ambiental criou um “limite consultivo de saúde” para dois dos produtos químicos PFAS mais perigosos, conhecidos como ácido perfluorooctanóico (PFOA) e sulfonato de perfluorooctil (PFOS). Estes avisos exigem um limite de 0,004 partes por trilião para o PFOA e de 0,02 partes por trilião para o PFOS na água potável.

Atualmente, a única maneira de um consumidor determinar se a sua água potável contém PFAS é enviar uma amostra de água a um laboratório que realiza testes de espectrometria de massa. No entanto, este processo leva várias semanas e custa centenas de dólares.

Para criar uma maneira mais barata e rápida de testar o PFAS, a equipe do MIT projetou um sensor baseado na tecnologia de fluxo lateral – a mesma abordagem usada para testes rápidos de COVID-19 e testes de gravidez. Em vez de uma tira de teste revestida com anticorpos, o novo sensor é incorporado com um polímero especial conhecido como polianilina, que pode alternar entre estados semicondutores e condutores quando prótons são adicionados ao material.

Os pesquisadores depositaram esses polímeros em uma tira de papel de nitrocelulose e os cobriram com um surfactante que pode extrair fluorocarbonos como o PFAS de uma gota de água colocada na tira. Quando isso acontece, os prótons do PFAS são atraídos para a polianilina e a transformam em condutor, reduzindo a resistência elétrica do material. Essa mudança na resistência, que pode ser medida com precisão por meio de eletrodos e enviada para um dispositivo externo, como um smartphone, fornece uma medida quantitativa da quantidade de PFAS presente.

Esta abordagem funciona apenas com PFAS ácidos, que incluem dois dos mais prejudiciais PFAS – PFOA e ácido perfluorobutanóico (PFBA).

Um sistema fácil de usar

A versão atual do sensor pode detectar concentrações tão baixas quanto 200 partes por trilhão para PFBA e 400 partes por trilhão para PFOA. Isso não é baixo o suficiente para atender às diretrizes atuais da EPA, mas o sensor usa apenas uma fração de mililitro de água.

Os pesquisadores estão agora trabalhando em um dispositivo de maior escala que seria capaz de filtrar cerca de um litro de água através de uma membrana feita de polianilina, e acreditam que essa abordagem deveria aumentar a sensibilidade em mais de cem vezes, com o objetivo de atender aos requisitos. níveis de aconselhamento da EPA muito baixos.

“Prevemos um sistema doméstico fácil de usar”, diz Swager. “Você pode imaginar colocar um litro de água, deixá-la passar pela membrana, e você tem um aparelho que mede a mudança na resistência da membrana”.

Tal dispositivo poderia oferecer uma alternativa rápida e menos dispendiosa aos métodos atuais de detecção de PFAS. Se forem detectados PFAS na água potável, existem filtros disponíveis comercialmente que podem ser usados na água potável doméstica para reduzir esses níveis.

A nova abordagem de teste também pode ser útil para fábricas que fabricam produtos com produtos químicos PFAS, para que possam testar se a água utilizada no seu processo de fabrico é segura para libertação no ambiente.

Mais informações: Swager, Timothy M., Detecção de resistividade de substâncias perfluoroalquil com polianilina fluorosa em um sensor elétrico de fluxo lateral, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2317300121. doi.org/10.1073/pnas.2317300121
Informações do diário: Anais da Academia Nacional de Ciências

Fornecido pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Esta história foi republicada como cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisa, inovação e ensino do MIT.

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