有機フッ素化合物を迅速に検出する小型センサー(Tiny Sensors Rapidly Detect “Forever Chemicals” in Water)

2025-09-25 アルゴンヌ国立研究所(ANL)

シカゴ大学プリツカー分子工学部とアルゴンヌ国立研究所の研究チームは、PFAS(永遠の化学物質)を水中で迅速・高感度に検出できる小型センサーを開発した。従来の検査は液体クロマトグラフィー質量分析など高価で時間がかかるが、新デバイスはシリコンチップ上の分子プローブがPFASに結合すると電気伝導度が変化する仕組みを利用し、わずか数分で結果を得られる。特に有害なPFOSを250ppq(1兆分の1の1,000分の1)という極微量で検出可能で、EPAが提案する規制値(4ppt)を大きく下回る濃度を識別できる。AIとシミュレーションにより特異的なプローブを設計し、EPAの基準法で検証した結果と一致した。センサーは繰り返し使用可能で、家庭用のリアルタイム水質検査や、将来的には抗生物質やウイルスの検出への応用も期待される。成果は Nature Water に掲載された。

<関連情報>

電界効果トランジスタセンサーを用いた水道水中のパーフルオロオクタンスルホン酸の可逆的なpptレベルの検出 Reversible parts-per-trillion-level detection of perfluorooctane sulfonic acid in tap water using field-effect transistor sensors

Yuqin Wang,Hyun-June Jang,Max Topel,Siva Dasetty,Yining Liu,Mohamed Ateia,Aaron Tam,Vepa Rozyyev,Ellie Ouyang,Wen Zhuang,Haihui Pu,Sang Soo Lee,Xiaoyu Sui,Jeffrey W. Elam,Andrew L. Ferguson,Seth B. Darling & Junhong Chen
Nature Water  Published:25 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s44221-025-00505-9

有機フッ素化合物を迅速に検出する小型センサー(Tiny Sensors Rapidly Detect “Forever Chemicals” in Water)

Abstract

Widespread, persistent and toxic per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) pose a major threat to water systems and human health. Current detection methods are relatively expensive, slow and complex, underscoring the need for more accessible alternatives to meet increasingly stringent PFAS regulations. Here we present an ultrasensitive sensing platform for perfluorooctane sulfonic acid detection in tap water with a reporting limit ( ~ 250 parts per quadrillion) lower than the US Environmental Protection Agency’s regulatory standard (4 parts per trillion), using a remote gate field-effect transistor featuring β-cyclodextrin (β-CD)-modified reduced graphene oxide as the sensing membrane. The sensor exhibits excellent selectivity against common inorganic ions, natural organic matter and select organic pollutants in tap water. The reversible and rapid response ( < 2 min) indicates the potential of remote gate field-effect transistor for continuous in-line monitoring. Mechanistic studies using quartz crystal microbalance and molecular dynamics simulations reveal key roles of analyte adsorption and charge properties in sensing performance and offer insights for designing more selective PFAS capture probes.

0505化学装置及び設備
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