Los investigadores de BAM han desarrollado una solución portátil para la detección rápida de «sustancias químicas permanentes» utilizando polímeros impresos molecularmente y detección de fluorescencia.
Las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS) se encuentran entre los compuestos analíticamente más desafiantes en la gestión química actual. Su diversidad, estabilidad química y presencia hasta niveles de trazas requieren técnicas analíticas avanzadas. Si bien estas técnicas de laboratorio son esenciales para las evaluaciones regulatorias y el monitoreo ambiental, no pueden proporcionar la información rápida necesaria para el control de procesos industriales y la gestión de emisiones.
Para abordar esta brecha, BAM ha desarrollado un nuevo enfoque de análisis de PFAS in situ que ofrece rápidamente resultados orientados a la aplicación en el punto donde se necesitan¹. Este método utiliza reconocimiento molecular avanzado integrado en un sistema compacto y proporciona resultados confiables en cuestión de minutos. En lugar de intentar una detección integral de PFAS, el sistema apunta a subclases específicas de PFAS relevantes para aplicaciones específicas, lo que resulta en velocidad y solidez.
La impresión molecular como base para la selectividad.
El concepto de detección se basa en polímeros de impresión molecular (MIP), que son elementos de reconocimiento sintéticos diseñados para unirse selectivamente a moléculas específicas o grupos de moléculas relacionadas. Al elegir la plantilla adecuada, puede adaptar su MIP a los compuestos o subclases que sean relevantes para su contexto analítico específico.
En la primera demostración, BAM se centró en los ácidos carboxílicos perfluorados y polifluorados (PFCA). Los PFCA son una subclase destacada de PFAS que se ha utilizado ampliamente en el pasado y son de gran importancia para los esfuerzos regulatorios debido a su ubicuidad. Sus propiedades químicas los convierten en un objetivo difícil pero adecuado para la prueba de concepto de sensores en condiciones realistas.
Con esta estrategia, se considera imposible detectar las más de 10.000 PFAS en el sitio. El enfoque BAM demuestra cómo se pueden combinar la relevancia analítica y la viabilidad operativa centrándose en los PFCA como compuestos principales.
Modularidad y escalabilidad por diseño
La principal ventaja de las plataformas basadas en MIP es su modularidad. Aunque este sistema no se limita a los PFCA, las nanopartículas fluorescentes duales se pueden adaptar a diferentes subclases de PFAS según los requisitos analíticos del usuario.
Esta modularidad es un principio de diseño intencional y un área de investigación en curso dentro del Grupo BAM. A medida que las nuevas subclases de PFAS ganan prominencia, a través de cambios en las aplicaciones industriales o el enfoque regulatorio, se pueden desarrollar e incorporar nuevos MIP a plataformas existentes sin requerir un rediseño completo. Esta selectividad y flexibilidad diseñadas son una ventaja importante al analizar las PFAS, donde tanto los patrones de uso industrial como las preocupaciones regulatorias pueden cambiar.
El análisis miniaturizado ofrece resultados en minutos
El enfoque de detección basado en MIP está integrado en una plataforma analítica compacta que combina manipulación de líquidos, detección química y detección óptica. Las muestras líquidas se pueden analizar con una preparación mínima y la detección de PFCA tarda aproximadamente 15 minutos.
La detección óptica convierte los eventos de reconocimiento molecular en señales fluorescentes, que se procesan digitalmente. La miniaturización reduce el consumo de reactivos y la detección ratiométrica favorece la reproducibilidad. El formato compacto hace que este sistema sea adecuado para plantas industriales.
Esta combinación de química selectiva e instrumentación compacta permite trasladar el análisis de PFAS del laboratorio a entornos operativos donde la información rápida es fundamental.
Validación utilizando muestras reales.
La tecnología se encuentra actualmente en el nivel de preparación 4 (TRL 4) y ha sido validada en un laboratorio utilizando muestras reales en lugar de soluciones simuladas. La validación utilizando matrices reales es un paso importante en la detección de PFAS, ya que el rendimiento puede verse limitado por la presencia de matrices y posibles interferencias. El hecho de que se lograra la detección selectiva de PFCA en estas condiciones demuestra claramente la solidez de la estrategia de detección y proporciona una base sólida para un mayor desarrollo.
Por ahora, el sistema es todavía un prototipo de laboratorio y aún no se ha utilizado en entornos industriales reales, como plantas de lavado de suelos o de tratamiento de aguas residuales.
Permitir una rápida toma de decisiones en los campos industriales
Este método está dirigido al control de procesos industriales y la gestión de emisiones. No pretende reemplazar el análisis de laboratorio para la aprobación ni proporcionar un análisis ambiental completo, sino más bien apoyar una intervención rápida cuando el retraso introducido por el muestreo y el posterior análisis de laboratorio impida el control operativo.
Los posibles escenarios de aplicación incluyen (i) monitorear flujos relacionados con PFAS dentro de procesos industriales, (ii) ayudar a optimizar las tecnologías de tratamiento o separación, (iii) detectar desviaciones que pueden conducir a emisiones no deseadas y (iv) proporcionar retroalimentación analítica rápida en instalaciones como plantas de lavado o tratamiento de suelos.
En estos casos, la capacidad de detectar rápidamente subclases de PFAS relevantes, como los PFCA, permite tomar medidas inmediatas para reducir las emisiones en la fuente en lugar de documentarlas retrospectivamente.
Complemento del análisis de PFAS en laboratorio
Por diseño, los sistemas in situ no pueden afirmar que están “libres de PFAS” y no detectan todas las PFAS. Los métodos de laboratorio siguen siendo esenciales para un seguimiento ambiental completo y el cumplimiento normativo. En cambio, el enfoque BAM es parte de una estrategia analítica de varios pasos, donde la detección in situ proporciona rápidamente información específica de la aplicación y el análisis de laboratorio se utiliza para obtener los detalles y la seguridad jurídica necesarios para la toma de decisiones ambientales.
El siguiente paso en innovación: hacia prototipos desplegables
El sistema ahora ha alcanzado TRL 4 y la siguiente fase se centrará en la implementación y la ingeniería de sistemas para adaptar la plataforma a situaciones del mundo real donde la robustez, la facilidad de uso y la confiabilidad son de suma importancia.
Los principales objetivos de desarrollo son (i) adaptar la interfaz de la muestra a flujos de proceso reales de composición variable, ² (ii) integrar componentes ópticos, fluídicos y electrónicos en un sistema robusto, (iii) garantizar una calibración estable y un rendimiento reproducible fuera del laboratorio, y (iv) extender el concepto modular de MIP a otras subclases de PFAS. Lograr estos hitos permitirá proyectos piloto y de demostración que conduzcan a TRL más altos.
Innovación flexible para desafíos químicos complejos
La tecnología de detección de PFAS in situ de BAM muestra cómo los sistemas de análisis modulares específicos pueden satisfacer las necesidades de la industria sin hacer demasiadas promesas. Este enfoque crea nuevas capacidades analíticas con un claro potencial de desarrollo al centrarse primero en los PFCA, validar su desempeño en muestras reales e incorporar la modularidad en el diseño. Su adaptabilidad garantiza que la plataforma pueda responder a los cambiantes requisitos industriales y regulatorios. Esto es importante para gestionar una de las clases de sustancias químicas más persistentes y diversas que se utilizan en la actualidad.
Referencias
Detección ratiométrica de ácidos perfluoroalquilcarboxílicos utilizando nanopartículas fluorescentes duales y una pequeña plataforma de microfluidos. Nat Commun 16 (2025) 10869 V Pérez-Padilla, et al. Detección de ácidos perfluoroalquilo en agua mediante sondas fluorescentes a base de guanidina y extracción de gotitas de microfluidos. Adv Sens Res 5 (2026) e70145
Dr. Knut Roulak
Jefe del departamento molecular. División de detección química/óptica
Bundesanstalt für Materialsforschung und -prüfung (BAM)
Dra. Cornelia Gaulitza
científicos, materiales. División de detección química/óptica
Bundesanstalt für Materialsforschung und -prüfung (BAM)
Dr. Jeremy Bell
científico, dispositivo. División de detección química/óptica
Bundesanstalt für Materialsforschung und -prüfung (BAM)
Tenga en cuenta: Este es un perfil comercial.
Este artículo se publicará en la próxima publicación de enfoque especial sobre PFAS en abril.
Source link
