Tarptautinė mokslininkų komanda sukūrė naują mikrofluidinį įrenginį, kuris leidžia tiesiogiai išgauti teršalus iš užterštų kietųjų dalelių. Šis proveržis panaikina sudėtingų filtravimo etapų poreikį atliekant aplinkos tyrimus.
Bendrą tyrimą atliko „Korea Research Institute of Chemical Technology“ („KRICT“) ir „Chungnam National University“ mokslininkai, o jų rezultatai paskelbti žurnale ACS Sensors.
Grupė, vadovaujama mokslų daktarės Ju Hyeon Kim ir profesoriaus Jae Bem You, išsprendė ilgus metus analitinėje chemijoje egzistavusią problemą.
Įprasti vandens ir maisto tyrimo metodai dažnai neveiksmingi, kai mėginiuose yra smėlio, dirvožemio ar maisto likučių.
Tokios kietosios dalelės mažina matavimų tikslumą ir filtravimo metu „užrakina“ teršalų pėdsakus, trukdydamos juos aptikti.
Dabartiniai analitiniai metodai paremti griežta, daug etapų apimančia seka: pirma šalinamos kietosios dalelės, vėliau atliekamas išskyrimas ir tik tuomet – analizė. Toks procesas užtrunka, brangiai kainuoja ir neretai yra mažiau patikimas.
Šie apribojimai kelia rimtų iššūkių srityse, tiesiogiai susijusiose su visuomenės sveikata, pavyzdžiui, aplinkos stebėsenoje ir geriamojo vandens saugos užtikrinime.
Filtravimo problemos sprendimas
Tradiciniai metodai pavojingiems teršalams aptikti dažniausiai remiasi skysčių-skysčių ekstrakcija (LLE). Šiam procesui reikia didelių tirpiklių kiekių, jį sudėtinga automatizuoti.
Nors egzistuoja ir skysčių-skysčių mikroekstrakcija (LLME), jos praktinis taikymas iki šiol buvo ribotas.
Mėginiai, kuriuose yra kietųjų dalelių, vis tiek reikalavo papildomo filtravimo žingsnio prieš ekstrakciją.
Naujasis mikrofluidinis analitinis įrenginys naudoja „spąstų“ principu paremtą konstrukciją, leidžiančią išvengti šių trukdžių. Specialiame mikrokambre uždaroma labai maža ekstrahento lašelio tūrio dalis.
Tuo pat metu tiriamasis mėginys teka gretimu mikrokanalu.
Tokioje sistemoje tiksliniai analitai lengvai pereina į ekstrahentą, o kietosios dalelės kanalu keliauja toliau, jo neužkimšdamos. Taip užtikrinamas greitas ir selektyvus masės pernašos procesas, netrukdomas mechaninių priemaišų.
Baigus ekstrakciją, tyrėjui tereikia paimti lašelį tolesnei analizei.
Bandomieji realių mėginių tyrimai
Naujasis įrenginys buvo išbandytas analizuojant perfluorooktano rūgštį (PFOA) ir vaistinį preparatą karbamazepiną (CBZ). PFOA priklauso PFAS – vadinamųjų „amžinųjų cheminių medžiagų“ – grupei, kuriai šiuo metu taikomi itin griežti reglamentai Jungtinėse Valstijose.
Naudojant šią sistemą, PFOA signalas buvo aptiktas per mažiau nei penkias minutes. Be to, tyrėjams pavyko išgauti CBZ iš smėlio turinčio srutų mėginio visiškai nefiltruojant.
Išgauta medžiaga buvo aiškiai identifikuota taikant aukštosios kokybės skysčių chromatografiją (HPLC).
Tyrimo rezultatai rodo, kad platforma išlaiko aukštą patikimumą ir kartu gerokai sumažina reikalingų etapų skaičių.
Dėl to ši technologija ypač tinkama naudoti kompaktiškose, automatizuotose stebėsenos sistemose.
Ji siūlo lengvai plečiamą sprendimą maisto saugos patikrai ir farmacinių likučių analizei.
Sistema sėkmingai susidoroja su sudėtingais mišriais mėginiais, kurie paprastai užkemša standartinę laboratorinę įrangą.
Mokslų daktarė Kim pabrėžia, kad daugelio paruošimo etapų sujungimas į vieną procesą gali iš esmės pakeisti vietoje atliekamą analizę ir automatizuotas tyrimo sistemas.
„KRICT“ prezidentas Young-Kuk Lee taip pat akcentuoja šios technologijos naudą visuomenei, nes ji didina aplinkos ir maisto saugos analizių patikimumą.
Anot jo, tokie patobulinimai „tiesiogiai veikia visuomenės sveikatą“.
Naujoji mikrofluidinė sistema atveria kelią spartesnėms maisto saugos patikroms ir gali tapti pagrindiniu aplinkos stebėsenos įrankiu Jungtinėse Valstijose.
Atsisakius sunkios laboratorinės įrangos, tyrimų tikslumas ir jautrumas gali būti užtikrinami tiesiog lauko sąlygomis – ten, kur susiduriama su realiais teršalais.
Taip prisidedama prie saugesnio geriamojo vandens ir maisto tiekimo gyventojams bei suteikiamas patikimas atsakas į aplinkoje slypinčius, plika akimi nematomus teršalus.
