Opto-mikrofluidisches System zum Nachweis von PFAS mit molekular geprägten Polymerpartikeln
Quelle: BAM
Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) sind extrem langlebige Industriechemikalien, deren Nachweis wegen ihrer chemischen Stabilität, strukturellen Vielfalt und oft sehr geringen Konzentrationen in der Regel komplexe Labormethoden erfordert. Diese Methoden sind zwar für die Umweltüberwachung und Regelsetzung unverzichtbar, für die Echtzeitüberwachung industrieller Prozesse jedoch zu langsam und teuer. Wissenschaftler der BAM haben daher ein kompaktes Vor-Ort-System für den schnellen PFAS-Nachweis entwickelt.
Anstatt alle bekannten PFAS zu messen – mittlerweile über 10.000 Substanzen, konzentriert sich der Ansatz auf PFCAs, eine wichtige Unterklasse mit einer Carbonsäure-Kopfgruppe wie PFOA (Perfluoroctansäure), die häufig in industriellen Abwässern vorkommen. Dadurch werden Messungen direkt am Einsatzort möglich, mit Ergebnissen in etwa 15 Minuten.
Die Technologie basiert auf molekular geprägten Polymeren (MIPs), synthetischen Materialien mit Bindungsstellen, die auf die Form und chemischen Eigenschaften eines Zielmoleküls zugeschnitten sind. Diese Polymere funktionieren wie künstliche Rezeptoren, die selektiv PFOA und andere mittel- bis langkettige PFCAs binden. In die MIPs ist ein fluoreszierender Indikator kovalent integriert, der bei Bindung des Zielmoleküls sein Signal ändert. Ein optisches Auslesegerät wandelt diese Signaländerungen in digitale Daten um.
Die miniaturisierte Plattform kombiniert Flüssigkeitshandling, chemische Erkennung und optische Detektion in einem kompakten Format, das sich prinzipiell für industrielle Anwendungen eignet. Der Prototyp wurde im Labor bereits erfolgreich mit realen Proben getestet und soll zu einem robusten, benutzerfreundlichen Instrument weiterentwickelt werden. Durch den modularen Aufbau der Sensorpartikel lässt sich das detektierbare Substanzspektrum auch auf andere PFAS-Unterklassen erweitern.
Der Assay zeigt, wie sich Moleküldesign, Materialwissenschaften und Gerätetechnik zu einem praxistauglichen Analysesystem verbinden lassen. Solche Vor-Ort-Methoden erleichtern schnelle Entscheidungen im industriellen Umfeld, verbessern Prozesskontrollen und tragen so direkt zum Schutz der Umwelt bei. Sie ergänzen die Laboranalytik und ermöglichen eine mehrstufige Überwachungsstrategie. Aus wissenschaftlicher Sicht zeigt die Arbeit, wie selektive polymerbasierte Erkennung und miniaturisierte optische Detektion erfolgreich in eine modulare Analyseplattform integriert werden können.
Ratiometric detection of perfluoroalkyl carboxylic acids using dual fluorescent nanoparticles and a miniaturised microfluidic platform
Yijuan Sun, Víctor Pérez-Padilla, Virginia Valderrey, Jérémy Bell, Kornelia Gawlitza, Knut Rurack
Nature Communications, 2025