Ловушки сделаны из железных и органических строительных блоков, которые соединяются, как Лего, в четырехгранную клетку. Эксперименты показали, что эти структуры связываются с определенными ПФАС (сокращенно от пер- и полифторалкильных веществ), а лабораторный анализ показал, как это происходит. Как выяснилось, PFAS прочно прилипает к внешней стороне клеток, а не застревает внутри, говорят исследователи.
Эти выводы были подробно описаны в исследовании, опубликованном в этом месяце, и могут помочь ученым оптимизировать ловушки в лучшую сторону – например, путем увеличения отверстий в клетках, чтобы потенциально улавливать другие типы PFAS.
Конечная цель – использовать такие клетки, известные как металлические клетки, в системах, которые изолируют ПФАС от воды, что может привести к более эффективной очистке воды или усовершенствованным методам обнаружения загрязняющих веществ в воде.
«ПФАС – очень стабильные и токсичные химические вещества, которые могут вызывать неблагоприятные последствия для здоровья человека», – говорит Диана Ага, доктор философии, Генри М. Вудберн профессор химии Колледжа искусств и наук UB. «Появляется все больше свидетельств того, что существует связь между воздействием ПФАС и неблагоприятными последствиями для здоровья людей и животных, с потенциальными эффектами, включая снижение веса при рождении, снижение фертильности и повышенный риск диабета и некоторых видов рака. Результаты нашей новой статьи впечатляют, потому что они доказывают, что молекулярные ловушки являются эффективными сорбентами для некоторых ПФАС."
«Мы очень воодушевлены несколькими путями, по которым эта работа может развиваться, от обеспечения возможности обнаружения PFAS, которые могут быть пропущены текущими анализами, до изменения клеток таким образом, чтобы они не только связывали PFAS, но и уничтожали их», – говорит Тимоти Кук.
Доктор наук, доцент кафедры химии Колледжа искусств и наук UB.
Кук и Ага провели исследование вместе с Крессой Риа П. Фулонг, доктор философии, недавний выпускник лаборатории Кука, и Мэри Грейс Э. Гардиан, докторант в лаборатории Аги. Все члены команды внесли важный вклад, а Фулонг и Гардиан возглавили экспериментальную и аналитическую работу, которая проводилась в лаборатории.
Исследование было размещено на обложке журнала «Неорганическая химия» от 18 мая.
Кук создал обложку, которую нарисовал от руки перьевой ручкой на бумаге, а затем оцифровал и раскрасил. На иллюстрации изображены молекулярные строительные блоки, самоорганизующиеся с образованием тетраэдрических структур, которые сходятся на молекуле PFAS.
Ловушки захватывают подмножество PFAS
ПФАС – это не одно соединение; они представляют собой группу химикатов, созданных человеком, которые используются в пищевой упаковке, антипригарных покрытиях, противопожарных пенах и других товарах. Поскольку соединения нелегко распадаются, они сохраняются в окружающей среде в течение длительного времени.
Многочисленные исследования обнаружили ПФАС в системах питьевого водоснабжения по всему миру, в том числе в статье, которую Ага и его коллеги опубликовали 19 мая в журнале Chemosphere. Этот проект проводил поиск загрязняющих веществ на Филиппинах и в Таиланде и обнаружил их в поверхностных водах, воде в бутылках и воде с автозаправочных станций. Другие исследования показали, что ПФАС накапливаются в крови людей.
Помня об этих опасениях, Кук, Ага, Фулонг и Гардиан решили выяснить, могут ли молекулярные клетки помочь улавливать PFAS.
Ученые проверили около десятка различных типов самособирающихся клеток, содержащих металлы. Фулонг синтезировал клетки в лаборатории Кука, а Guardian использовал передовые аналитические методы в лаборатории Аги, чтобы изучить, связывает ли каждая структура с PFAS.
Этот процесс привел команду к клеткам на основе железа, которые захватили подмножество PFAS с цепями из шести или более фторированных атомов углерода, включая перфторкарбоновые кислоты, сульфоновые кислоты и фтортеломеры.
Следующий? Настройка клеток, чтобы уловить больше PFAS – и, возможно, уничтожить их
Исследование дает ученым новые знания, которые могут помочь им экспериментально улучшить клетки. По словам Кука, изменяя строительные блоки клеток, исследователи потенциально могут создавать структуры, которые сильнее связываются с ПФАС, поглощают дополнительные разновидности загрязняющих веществ или даже уничтожают химические вещества.
«Я читал сообщения в популярных СМИ о том, что люди пытаются сжечь эти PFAS, и это может усугубить проблему», – говорит Кук. "Это просто подбрасывает их в воздух и еще больше разгоняет.
Мне интересно, можем ли мы разработать клетки с электро- или фотохимическими свойствами, которые позволят им разрушать связи в PFAS."
«Я надеюсь, что молекулярные ловушки могут быть сконструированы таким образом, чтобы потенциально улавливать наиболее хорошо растворимые в воде ПФАС, которые обычно не используются при использовании традиционных технологий очистки воды», – говорит Ага. "Уже используется много сорбентов, таких как активированный уголь, которые взаимодействуют с ПФАС. Однако активированный уголь не имеет строительных блоков или пор, которые можно было бы легко настроить – и в этом прелесть металлического покрытия."