Forscher des Massachusetts Institutes of Technology (MIT) haben einen neuartigen Sensor entwickelt, der schädliche Ewigkeitschemikalien in Trinkwasser aufspüren kann. Diese stellen mitunter eine Gefahr für die Gesundheit dar und bauen sich in der Natur nicht ab.
Durch die Auswirkungen des Klimawandels und Umweltverschmutzungen könnte es bald zu einer Knappheit von sauberem Trinkwasser kommen. Neben der Austrocknung von Reservoirs spielt auch die zunehmende Belastung durch Chemikalien eine Rolle. Doch Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) möchten dieses Problem nun angehen.
Sie entwickelten einen Sensor, der in der Lage ist, winzige Mengen von perfluorierten und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS) in Trinkwasser zu erkennen. Diese Chemikalie ist auch als „Ewigkeitschemikalien“ bekannt. Sie kommt in Lebensmittelverpackungen, Antihaft-Kochgeschirr und vielen anderen Konsumgütern vor und baut sich in der Natur nicht ab.
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Sensor misst Konzentration von Ewigkeitschemikalien in Wasser
Die Folge davon sind vor allem negative Auswirkungen auf die Gesundheit – einschließlich Krebs, Fortpflanzungsproblemen sowie Störungen des Immunsystems. Mithilfe der neuen Sensortechnologie demonstrierten die Forscher, dass sie bereits PFAS-Konzentrationen bei einer geringen Menge von 200 Teile pro Billion in einer Wasserprobe nachweisen können.
Das Gerät bietet die Möglichkeit für Verbraucher, ihr Trinkwasser zu testen. Außerdem besteht ein hoher Nutzen für Branchen, die stark auf PFAS-Chemikalien angewiesen sind. Darunter fallen die Halbleiterherstellung und die Produktion von Feuerwehrausrüstung. Die Forscher betonen aufgrund der Langlebigkeit von Chemikalien wiederum die Notwendigkeit der Sensortechnologie.
Elektrische Leitfähigkeit verändert sich durch Kontakt mit Chemikalien
Zur Schaffung einer kostengünstigeren und schnelleren Methode zur Testung auf PFAS entwarf das MIT-Team einen Sensor auf Basis der sogenannten Lateral-Flow-Technologie. Diese kommt etwa bei Covid-19-Tests und Schwangerschaftstests zum Einsatz. Anstelle eines mit Antikörpern beschichteten Teststreifens ist der neue Sensor mit einem speziellen Polymer namens Polyanilin ummantelt, das zwischen Halbleiter- und Leitfähigkeitszuständen wechseln kann.
Das Team deponierten diese Polymere auf einem Streifen aus Nitrocellulosepapier und beschichteten sie mit einem Tensid, das Fluorkarbide wie PFAS aus einem auf den Streifen aufgebrachten Wassertropfen extrahieren kann. Dadurch werden Protonen aus den PFAS in das Polyanilin gezogen und verwandeln es in einen Leiter, wodurch der elektrische Widerstand des Materials verringert wird.
Diese Veränderung des Widerstands kann präzise gemessen und an ein externes Gerät wie ein Smartphone gesendet werden, um eine quantitative Messung der vorhandenen PFAS-Menge zu liefern. Im nächsten Schritt arbeiten die Forscher an einem größeren Gerät, das etwa einen Liter Wasser durch eine Polyanilinmembran filtern kann.
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