Un nouveau capteur détecte les « produits chimiques permanents » nocifs dans l'eau potable


Les chimistes du MIT ont conçu un capteur qui détecte d'infimes quantités de substances perfluoroalkyles et polyfluoroalkyles (PFAS), des produits chimiques présents dans les emballages alimentaires, les ustensiles de cuisine antiadhésifs et de nombreux autres produits de consommation.

Ces composés, également connus sous le nom de « produits chimiques éternels » car ils ne se décomposent pas naturellement, ont été associés à divers effets nocifs sur la santé, notamment le cancer, les problèmes de reproduction et la perturbation des systèmes immunitaire et endocrinien.

Grâce à la nouvelle technologie de capteurs, les chercheurs ont montré qu’ils pouvaient détecter des niveaux de PFAS aussi bas que 200 parties par billion dans un échantillon d’eau. L’appareil qu’ils ont conçu pourrait offrir aux consommateurs un moyen de tester leur eau potable, et pourrait également être utile dans les industries qui dépendent fortement des produits chimiques PFAS, notamment la fabrication de semi-conducteurs et d’équipements de lutte contre les incendies.

« Il existe un réel besoin pour ces technologies de détection. Nous sommes coincés avec ces produits chimiques depuis longtemps, nous devons donc être capables de les détecter et de nous en débarrasser », déclare Timothy Swager, professeur de chimie John D. MacArthur. au MIT et auteur principal de l'étude, qui paraît cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences.

Les autres auteurs de l'article sont Sohyun Park, ancien postdoctorant et auteur principal du MIT, et Collette Gordon, étudiante diplômée du MIT.

Détection des PFAS

Les revêtements contenant des produits chimiques PFAS sont utilisés dans des milliers de produits de consommation. En plus des revêtements antiadhésifs pour ustensiles de cuisine, ils sont également couramment utilisés dans les vêtements hydrofuges, les tissus résistants aux taches, les boîtes à pizza résistantes à la graisse, les cosmétiques et les mousses anti-incendie.

Ces produits chimiques fluorés, largement utilisés depuis les années 1950, peuvent être rejetés dans l’eau, l’air et le sol par les usines, les stations d’épuration et les décharges. Ils ont été trouvés dans les sources d’eau potable des 50 États.

En 2023, l'Environmental Protection Agency a créé une « limite sanitaire consultative » pour deux des produits chimiques PFAS les plus dangereux, connus sous le nom d'acide perfluorooctanoïque (PFOA) et de sulfonate de perfluorooctyle (PFOS). Ces avis prévoient une limite de 0,004 parties par billion pour le PFOA et de 0,02 parties par billion pour le SPFO dans l'eau potable.

Actuellement, la seule façon pour un consommateur de déterminer si son eau potable contient des PFAS est d’envoyer un échantillon d’eau à un laboratoire qui effectue des tests par spectrométrie de masse. Cependant, ce processus prend plusieurs semaines et coûte des centaines de dollars.

Pour créer un moyen moins coûteux et plus rapide de tester les PFAS, l'équipe du MIT a conçu un capteur basé sur la technologie à flux latéral – la même approche utilisée pour les tests rapides Covid-19 et les tests de grossesse. Au lieu d'une bandelette de test recouverte d'anticorps, le nouveau capteur est intégré dans un polymère spécial appelé polyaniline, qui peut basculer entre les états semi-conducteur et conducteur lorsque des protons sont ajoutés au matériau.

Les chercheurs ont déposé ces polymères sur une bande de papier nitrocellulosique et les ont enduits d’un tensioactif capable d’extraire les fluorocarbures tels que les PFAS d’une goutte d’eau placée sur la bande. Lorsque cela se produit, les protons du PFAS sont attirés dans la polyaniline et la transforment en conducteur, réduisant ainsi la résistance électrique du matériau. Ce changement de résistance, qui peut être mesuré avec précision à l’aide d’électrodes et envoyé à un appareil externe tel qu’un smartphone, donne une mesure quantitative de la quantité de PFAS présente.

Cette approche ne fonctionne qu'avec les PFAS acides, qui comprennent deux des PFAS les plus nocifs : le PFOA et l'acide perfluorobutanoïque (PFBA).

Un système convivial

La version actuelle du capteur peut détecter des concentrations aussi faibles que 200 parties par billion pour le PFBA et 400 parties par billion pour le PFOA. Ce n’est pas assez bas pour répondre aux directives actuelles de l’EPA, mais le capteur n’utilise qu’une fraction de millilitre d’eau. Les chercheurs travaillent actuellement sur un appareil à plus grande échelle, capable de filtrer environ un litre d'eau à travers une membrane en polyaniline, et ils pensent que cette approche devrait multiplier par plus de cent la sensibilité, dans le but de répondre aux exigences. niveaux d’avis très bas de l’EPA.

« Nous envisageons un système domestique convivial », déclare Swager. « Vous pouvez imaginer mettre un litre d'eau, le laisser passer à travers la membrane, et vous disposez d'un appareil qui mesure le changement de résistance de la membrane. »

Un tel dispositif pourrait offrir une alternative moins coûteuse et rapide aux méthodes de détection actuelles des PFAS. Si des PFAS sont détectés dans l’eau potable, il existe des filtres disponibles dans le commerce qui peuvent être utilisés sur l’eau potable domestique pour réduire ces niveaux. La nouvelle approche de test pourrait également être utile pour les usines qui fabriquent des produits contenant des produits chimiques PFAS, afin qu'elles puissent vérifier si l'eau utilisée dans leur processus de fabrication peut être rejetée en toute sécurité dans l'environnement.

La recherche a été financée par une bourse de recherche de la MIT School of Science à Gordon, une bourse de recherche Bose et une bourse Fulbright à Park.

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