Химики из Университета Буффало показали, что самособирающиеся молекулярные ловушки можно использовать для улавливания PFAS - опасных загрязнителей, которые загрязняют источники питьевой воды по всему миру.
Ловушки сделаны из органических строительных блоков на основе железа, которые соединяются, как лего, образуя четырехгранную клетку. Эксперименты показали, что эти структуры связываются с определенными ПФАС (сокращенно от пер- и полифторалкильных веществ), и лабораторный анализ показал, как это происходит. Как оказалось, PFAS прочно прикрепляются к внешней стороне клеток, а не застревают внутри, говорят исследователи.
Эти идеи были подробно изложены в исследовании, опубликованном в этом месяце, и могут помочь ученым точно настроить ловушки, например, увеличив отверстия в клетках, чтобы потенциально улавливать другие типы PFAS. Конечная цель состоит в том, чтобы использовать такие клетки, известные как металлические клетки, в системах, которые изолируют ПФАВ от воды, что может привести к улучшению очистки воды или улучшению методов обнаружения загрязняющих веществ в воде.
«ПФАВ представляют собой очень стабильные и токсичные химические вещества, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье человека», - говорит Дайана Ага, доктор философии, профессор химии Генри М. Вудберна в Колледже искусств и наук Университета Нью-Йорка. «Появляется все больше данных, свидетельствующих о связи между воздействием PFAS и неблагоприятными последствиями для здоровья людей и животных, с потенциальными последствиями, включая снижение веса при рождении, снижение фертильности и повышенный риск диабета и некоторых видов рака, и это лишь некоторые из них. Выводы в нашей новой статье впечатляют, поскольку они доказывают, что молекулярные ловушки являются эффективными сорбентами для некоторых ПФАВ».
Мы очень рады нескольким направлениям, в которых эта работа может развиваться, от возможности обнаружения PFAS, которые могут быть пропущены текущими анализами, до изменения клеток таким образом, чтобы в дополнение к связыванию PFAS они также разрушали их, - говорит Тимоти Кук, доктор философии, доцент кафедры химии Колледжа искусств и наук Университета Нью-Йорка.
Кук и Ага руководили исследованием вместе с Крессой Риа П. Фулонг, доктором философии, недавним выпускником лаборатории Кука, и Мэри Грейс Э. Гардиан, кандидатом наук в лаборатории Аги. Все члены команды внесли важный вклад, а Фулонг и Гардиан возглавили экспериментальную и аналитическую работу, которая проводилась в лаборатории.
Исследование было опубликовано на обложке номера журнала Inorganic Chemistry от 18 мая. Кук создал обложку, которую нарисовал вручную перьевой ручкой на бумаге, затем оцифровал и раскрасил. На иллюстрации показаны молекулярные строительные блоки, самособирающиеся с образованием тетраэдрических структур, которые сходятся на молекуле ПФАС.
Ловушки захватывают часть PFAS
PFAS не являются одним соединением; это группа искусственных химикатов, которые используются в пищевой упаковке, антипригарных покрытиях, пенах для пожаротушения и других товарах. Поскольку соединения не распадаются легко, они сохраняются в окружающей среде в течение длительного времени.
Многочисленные исследования обнаружили ПФАС в источниках питьевой воды по всему миру, включая статью, которую Ага и его коллеги опубликовали 19 мая в журнале Chemosphere. В рамках этого проекта загрязняющие вещества изучались на Филиппинах и в Таиланде и были обнаружены в поверхностных водах, воде в бутылках и воде с заправочных 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 улавливать PFAS.
Ученые проверили около дюжины различных типов самособирающихся клеток, содержащих металлы. Fulong синтезировал клетки в лаборатории Кука, а Guardian использовал передовые аналитические методы в лаборатории Аги, чтобы изучить, связывается ли каждая структура с PFAS.
Этот процесс привел команду к созданию клеток на основе железа, которые захватили часть PFAS с цепями из шести или более фторированных атомов углерода, включая перфторкарбоновые кислоты, сульфокислоты и фтортеломеры.
Следующий? Настраиваем клетки, чтобы улавливать больше PFAS и, возможно, уничтожать 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 более прочно связываются с PFAS, удаляют дополнительные виды загрязняющих веществ или даже уничтожают химические вещества..
«Я читал в популярных СМИ сообщения о том, что люди пытаются сжигать эти PFAS, и это может усугубить проблему», - говорит Кук.«По сути, это просто подбрасывает их в воздух и еще больше рассеивает. Мне интересно, сможем ли мы разработать клетки с электро- или фотохимическими свойствами, которые позволят им разрушать связи в PFAS».
«Я надеюсь, что молекулярные ловушки могут быть разработаны для потенциального улавливания наиболее хорошо растворимых в воде PFAS, которые обычно ускользают от обычных технологий очистки воды», - говорит Ага. «Уже используется много сорбентов, таких как активированный уголь, которые взаимодействуют с PFAS. Однако активированный уголь не имеет строительных блоков или пор, которые можно легко настроить, - и в этом прелесть металлических ячеек».