Ny chipmetod kan bli revolutionerande – sensorn kan omedelbart detektera bly
Av Att testa bly i vatten är idag dyrt. Det krävs avancerad utrustning och flera dagars väntan för att få resultat. Alternativet är enkla testremsor som ger ett ja-eller-nej-svar, men som inte ger information om koncentration. Dagens regler kräver att dricksvatten inte innehåller mer än extremt små mängder bly, koncentrationer som är svåra att upptäcka med dagens teknik.
Ingenjörer vid MIT, Nanyang Technological University har nu tillsammans med flera företag utvecklat en helt ny kompakt och billig teknik för att upptäcka och mäta blykoncentrationer i vatten.
Det nya systemet, som kan vara redo för kommersiellt bruk inom två till tre år, skulle kunna detektera blykoncentrationer på mycket låga nivåer, med hög noggrannhet, med hjälp av en enkel chipbaserad detektor inrymd i en handhållen enhet. Tekniken ger nästan omedelbara kvantitativa mätningar och kräver bara en droppe vatten.
Vid testning av det nya chipet visade forskarna att det kan detektera bly i vatten i koncentrationer så låga som en del per miljard. Vid mycket högre koncentrationer, som kan vara relevanta för att testa miljöföroreningar såsom gruvavfall, ligger noggrannheten inom 4 procent.
– Enheten fungerar i vatten med varierande surhetsnivåer, från pH-värden på 6 till 8, vilket täcker de flesta miljöprover, säger Jia Xu Brian Sia, postdoc vid MIT och seniorförfattare till artikeln som publicerats i tidskriften Nature Communications.
De har testat enheten med såväl havsvatten som kranvatten, och verifierat mätningarnas noggrannhet.
Teamet tog fokus på en enkel detektionsmetod baserad på användningen av fotoniska chips, som använder ljus för att utföra mätningar. Den utmanande delen var att hitta ett sätt att fästa på den fotoniska chipytan och fånga specifika joner som bly. Efter år av ansträngning kunde de uppnå den vidhäftningen via en kemisk process som kallas ”Fischer esterification”.
– Även om det nya chipsystemet är kärnan i innovationen krävs ytterligare arbete för att utveckla detta till en integrerad, handhållen enhet för praktisk användning. Detta skulle innebära att ha en liten chipbaserad laser kopplad till fotonchippet, säger huvudförfattaren professor Luigi Ranno.
– Systemet kan anpassas för att upptäcka andra liknande föroreningar i vatten, inklusive kadmium, koppar, litium, barium, cesium och radium. Enheten skulle kunna användas med enkla patroner som kan bytas ut för att detektera olika element, säger Luigo Ranno.
Enligt forskarna har de stora förhoppningar att systemet ska ha stor inverkan inom industriell miljö.
– Sensorn kan omedelbart detektera blykoncentrationen i vatten. Detta kan användas i realtid för att övervaka blyföroreningskoncentrationen i avloppsvatten som släpps ut från industrier som batteritillverkning och blysmältning, vilket underlättar etableringen av industriella system för övervakning av avloppsvatten, avslutar Luigo Ranno.