Billig, supersensitiv enhed registrerer endda lave niveauer af giftige metaller i vand og fisk.
Det nye system består af en kommerciel glasstrimmel dækket med en film af “behårede” nanopartikler. En slags "nano-velcro", det kan dyppes i vand for at fange forurenende stof og gøre filmen elektrisk ledende. Billedkredit: Northwestern University.
Når kviksølv bliver dumpet i floder og søer, kan det giftige tungmetal ende i den fisk, vi spiser, og det vand, vi drikker. For at hjælpe med at beskytte forbrugere mod sygdomme og tilstande, der er forbundet med kviksølv, har forskere ved Northwestern University i samarbejde med kolleger ved Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) i Schweiz udviklet et nanopartikelsystem, der er følsomt nok til at detektere selv de mindste niveauer af tunge metaller i vores vand og fisk.
Forskningen blev offentliggjort 9. september i tidsskriftet Nature Materials.
"Systemet, der i øjeblikket bruges til at teste kviksølv og dets meget giftige derivat, methylkviksølv, er en tidskrævende proces, der koster millioner af dollars og kun kan registrere mængder på allerede toksiske niveauer," sagde Bartosz Grzybowski, hovedforfatter af undersøgelsen . ”Vores kan opdage meget små mængder, over millioner gange mindre end de nyeste nuværende metoder. Dette er vigtigt, fordi hvis du drikker forurenet vand med lave niveauer af kviksølv hver dag, kan det tilføje og muligvis føre til sygdomme senere. Med dette system ville forbrugere en dag have mulighed for at teste deres hjemmevand fra vand til giftige metaller. ”
Grzybowski er Kenneth Burgess professor i fysisk kemi og kemisk systemteknik i Weinberg College of Arts and Sciences og McCormick School of Engineering and Applied Science.
Det nye system består af en kommerciel glasstrimmel dækket med en film af “behårede” nanopartikler, en slags ”nano-velcro”, der kan dyppes i vand. Når en metalkation - en positivt ladet enhed, såsom et methylkviksølv - trænger ind mellem to hår, lukker hårene op, fanger det forurenende stof og gør filmen elektrisk ledende.
En spændingsmåleindretning afslører resultatet; jo flere ioner der er fanget i "nano-velcro", jo mere elektricitet vil den lede. For at beregne antallet af fangede partikler er alt, hvad man skal gøre, at måle spændingen over nanostrukturfilmen. Ved at variere længden af nanohårene, der dækker de enkelte partikler i filmen, kan forskerne målrette mod en bestemt form for forurenende stof, der er fanget selektivt. Med længere "hår" fælder filmene methylkviksølv, kortere er selektive for cadmium. Andre metaller kan også vælges med passende molekylære modifikationer.
Nanopartikelfilmene koster et sted mellem $ 1 og $ 10 at lave, og enheden til at måle strømme koster et par hundrede dollars, sagde Grzybowski. Analysen kan udføres i marken, så resultaterne er umiddelbart tilgængelige.
Forskere var især interesserede i at påvise kviksølv, fordi dens mest almindelige form, methylkviksølv, ophobes, når man går op i fødekæden og når sit højeste niveau i store rovfisk såsom tun og sværdfisk. I USA, Frankrig og Canada rådgiver folkesundhedsmyndigheder gravide kvinder om at begrænse fiskeforbruget, fordi kviksølv kan gå på kompromis med nervesystemudviklingen hos fosteret.
Forskere brugte dette system til at detektere niveauer af kviksølv i vand fra Lake Michigan, nær Chicago, blandt andre prøver. På trods af det høje industriniveau i regionen var kviksølvniveauerne ekstremt lave.
”Målet var at sammenligne vores målinger med FDA-målinger udført ved hjælp af konventionelle metoder,” sagde Francesco Stellacci fra EPFL, co-tilsvarende forfatter af undersøgelsen. ”Vores resultater faldt inden for et acceptabelt interval.”
Forskerne testede også en mygfisk fra Florida Everglades, som ikke er højt i fødekæden og således ikke akkumulerer høje niveauer af kviksølv i dens væv. Den amerikanske geologiske undersøgelse rapporterede næsten identiske resultater efter analyse af den samme prøve.
Via det nordvestlige universitet