Eine Gruppe von Forschern des Hefei Institutes of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat fortschrittliche mikrofluidische Sensor-Arrays entworfen und entwickelt, die mithilfe von Fluoreszenzsonden mehrere Schwermetallionen in Umweltgewässern gleichzeitig in Echtzeit visualisieren und quantitativ erfassen können.
„Diese Innovation bietet ein leistungsstarkes neues Instrument zur Überwachung der Wasserqualität und zur Gewährleistung der Wassersicherheit“, sagte Prof. Jiang Changlong, der das Team leitete.
Die Studie ist veröffentlicht In Zeitschrift für Chemieingenieurwesen.
Schwermetalle wie Quecksilber (Hg2+), Blei (Pb2+), Chrom (Cr3+) und Kupfer (Cu2+) sind häufige Schadstoffe in unseren Wassersystemen. Diese Schadstoffe sind schwer zu entfernen und können sowohl Ökosystemen als auch der menschlichen Gesundheit ernsthaften Schaden zufügen.
Herkömmliche Methoden zum Nachweis dieser Metalle sind oft langsam und erfordern eine Einzelanalyse jedes Metalls, was weder effizient noch praktisch ist.
Um diese Einschränkungen zu überwinden, entwickelte das Team Mikrofluidsensoren auf Acrylplatten, wobei es eine geschickte Kombination aus Kapillarkraft und der hydrophoben Beschaffenheit der Innenflächen der Platten nutzte. Dieser Aufbau ermöglicht die Schaffung komplexer Mikrofluidkanäle, in denen die Magie geschieht.
Der Schlüssel zu diesen Sensoren ist die Verwendung organischer Fluoreszenzsonden. Diese Sonden sind nicht nur kostengünstig, sondern auch unglaublich empfindlich und selektiv. Sie können sich leicht an bestimmte Schwermetallionen binden, wodurch diese aufleuchten und das Vorhandensein dieser Schadstoffe signalisieren.
Die Forscher bauten Mikrofluid-Chip-Arrays mit vier verschiedenen Fluoreszenzsonden, von denen jede darauf ausgelegt war, eines der Zielschwermetalle zu erkennen. Mithilfe dieser Sonden schufen sie ein hochempfindliches, selektives und visuelles System, das die Konzentrationen von Hg2+, Pb2+, Cr3+ und Cu2+ in Wasser gleichzeitig erkennen und messen kann.
Das Erkennungssystem arbeitet mit einem Mikrofluidik-Chip und einem Smartphone, das mit Farberkennungstechnologie ausgestattet ist. Dies bedeutet, dass diese Schwermetalle nicht nur in Echtzeit erkannt werden können, sondern die Ergebnisse auch sofort visualisiert und quantifiziert werden können. Dies macht es zu einer benutzerfreundlichen und hocheffizienten Lösung zur Überwachung der Wasserqualität.
Dieser Ansatz bietet laut den Forschern eine schnellere und genauere Möglichkeit, sicherzustellen, dass unser Wasser frei von schädlichen Schwermetallen ist.
Mehr Informationen:
Lingfei Li et al., Entwurf von mikrofluidischen Fluoreszenzsensor-Arrays für die Echtzeit- und synchron visualisierte Erkennung von Schwermetallionen mit mehreren Komponenten, Zeitschrift für Chemieingenieurwesen (2024). DOI: 10.1016/j.cej.2024.152636