Создан портативный датчик для быстрого обнаружения «вечных химикатов» в воде

Новый метод обнаружения PFAS, разработанный в Университете Чикаго и Национальной лаборатории Аргонн, использует уникальные зонды для количественного определения уровней «вечных химикатов». Автор: John Zich

Исследователи из Чикагской школы молекулярной инженерии им. Прицкера (UChicago PME) и Национальной лаборатории Аргонн разработали новый метод обнаружения сверхмалых уровней пер- и полифторалкильных веществ (PFAS) в воде. Метод, который планируется реализовать в портативном ручном устройстве, использует уникальные зонды для количественного определения уровней PFAS, некоторые из которых токсичны для человека.

«Существующие методы измерения уровней этих загрязнителей могут занимать недели и требуют современного оборудования и экспертизы, — сказал Цзюньхун Чен, профессор UChicago PME. — Наше новое сенсорное устройство может измерить эти загрязнители всего за несколько минут».

Технология, описанная в журнале Nature Water, может обнаруживать PFAS в концентрации 250 частей на квадриллион (ppq) — это как одна песчинка в олимпийском плавательном бассейне. Это позволяет использовать тест для мониторинга питьевой воды на наличие двух самых токсичных PFAS — перфтороктановой кислоты (PFOA) и перфтороктансульфоновой кислоты (PFOS), для которых Агентство по охране окружающей среды США (EPA) недавно предложило лимиты в 4 части на триллион.

«Обнаружение и устранение PFAS — это насущная экологическая и проблема общественного здравоохранения», — сказал Эндрю Фергюсон, профессор молекулярной инженерии в UChicago PME.

Проблема обнаружения

PFAS — это масло- и водоотталкивающие химические вещества, которые используются в широком спектре потребительских и промышленных товаров, включая антипригарную посуду, упаковку для фастфуда, противопожарную пену и водоотталкивающие покрытия. Их часто называют «вечными химикатами», так как они не разлагаются в природе и накапливаются в окружающей среде и организмах людей.

Исследования связывают PFAS с проблемами здоровья, включая онкологические заболевания, проблемы с щитовидной железой и ослабление иммунной системы.

«Проблема с соблюдением этих лимитов заключается в том, что обнаружить PFAS очень сложно и трудоемко, — сказал Чен. — Сейчас нельзя просто взять пробу воды и протестировать ее дома».

Автор: Sensor design and characterization of RG electrodes.

Спроектировано с помощью ИИ

Суть сенсора Чена заключается в том, что если молекула PFAS присоединяется к его устройству, это изменяет электрическую проводимость на поверхности кремниевого чипа. Но ему и его коллегам пришлось выяснить, как сделать каждый сенсор высокоспецифичным для конкретного химического вещества PFAS.

Для этого команда обратилась к машинному обучению, чтобы помочь выбрать уникальные зонды, которые могли бы размещаться на сенсорном устройстве и избирательно связываться только с целевым PFAS.

«В этом контексте машинное обучение — это инструмент, который может быстро отсортировать бесчисленное количество химических зондов и предсказать, какие из них являются лучшими кандидатами для связывания с каждым PFAS», — пояснил Чен.

В новой статье команда показала, что один из таких вычислительно предсказанных зондов действительно избирательно связывается с PFOS — даже когда другие химические вещества, обычно присутствующие в водопроводной воде, находятся в гораздо более высоких концентрациях.

Следующим шагом команды является прогнозирование и синтез новых зондов для других PFAS. Конечным результатом может стать возможность для потребителей самостоятельно тестировать свою воду.

Больше информации: Reversible parts-per-trillion-level detection of perfluorooctane sulfonic acid in tap water using field-effect transistor sensors, Nature Water (2025). DOI: 10.1038/s44221-025-00505-9.