Разработан чип ускоряющий обнаружение опасных веществ в окружающей среде
Исследователи из Корейского научно-исследовательского института химических технологий (KRICT) и Университета Чунгнам разработали инновационный микрофлюидный чип, способный извлекать токсичные загрязнители, включая «вечные химикаты», из загрязненной воды с песком всего за пять минут. Этот прорыв устраняет необходимость в сложной и многоэтапной фильтрации, которая традиционно требовалась для подготовки проб к анализу.
Стандартные методы тестирования воды и продуктов питания часто дают сбой при наличии в образцах песка, почвы или остатков пищи. Твердые частицы снижают точность анализа и улавливают следовые количества загрязнителей в процессе фильтрации, что приводит к недостоверным результатам. Традиционные подходы, такие как жидкостно-жидкостная экстракция, требуют огромного количества растворителей, сложны в автоматизации и включают в себя жесткую последовательность шагов: удаление твердых частиц, экстракция и сам анализ. Это увеличивает время и стоимость исследований, одновременно снижая их надежность, что создает серьезные проблемы в сферах, непосредственно связанных с общественным здравоохранением, таких как экологический мониторинг и безопасность питьевой воды.
Новое устройство, работа которого в журнале ACS Sensors, обходит эти препятствия благодаря уникальной конструкции. Внутри микрочипа создана специальная камера-ловушка, удерживающая крошечную каплю экстрагента. Рядом с ней расположен микроканал, по которому протекает анализируемый образец. Такая архитектура позволяет целевым загрязнителям переходить из проточной воды в неподвижную каплю экстрагента, в то время как твердые частицы, такие как песок, беспрепятственно проходят мимо, не создавая помех. Это обеспечивает быстрый и избирательный массоперенос аналитов без какой-либо предварительной фильтрации. По завершении экстракции исследователь может просто извлечь каплю для дальнейшего анализа.
Для проверки эффективности устройства команда под руководством доктора Чу Хёна Кима и профессора Чэ Бома Ю использовала перфтороктановую кислоту (ПФОК), относящуюся к группе «вечных химикатов» (PFAS), и лекарственный препарат карбамазепин (КБЗ). Чип успешно обнаружил сигналы ПФОК менее чем за пять минут. В другом эксперименте ученые смогли извлечь карбамазепин из смеси воды с песком без какой-либо предварительной фильтрации и четко идентифицировать соединение с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии. Результаты демонстрируют, что платформа сохраняет высокую надежность, значительно сокращая количество необходимых этапов подготовки пробы.
По мнению исследователей, интеграция нескольких этапов пробоподготовки в единый процесс открывает огромные перспективы для создания компактных автоматизированных систем мониторинга. Технология может найти применение в инспекции безопасности пищевых продуктов, анализе остатков фармацевтических препаратов и, что наиболее важно, в контроле качества питьевой воды. Устраняя необходимость в громоздком лабораторном оборудовании, устройство выводит точность лабораторного уровня непосредственно в поле, обеспечивая более быстрый и надежный контроль за загрязнителями, невидимыми для невооруженного глаза, но представляющими угрозу для здоровья населения. Президент KRICT Ён Кук Ли подчеркнул, что эта технология может повысить надежность экологических анализов и проверок безопасности пищевых продуктов, что напрямую повлияет на улучшение общественного здоровья.