Nur 15 Minuten für den Nachweis von PFAS in wässrigen Proben
PFAS (poly- und perfluorierte Alkylsubstanzen) gelten als Ewigkeitschemikalien, weil sie in Wasser und Boden, aber auch im Körper kaum abbaubar sind. Viele der rund 10.000 PFAS werden inzwischen als gesundheitsschädlich eingestuft, weshalb derzeit eine EU-weite Beschränkung unter REACH vorbereitet wird. Für die schnelle und sichere Überprüfung bietet eine Neuentwicklung der Bundesanstalt für Materialforschung (BAM) eine vielversprechende Alternative zu aufwendigen Laboranalysen: ein mikrofluidisches Sensorsystem zur Vor-Ort-Detektion von PFAS innerhalb von 15 Minuten.
Die mit der neuen Methode erzielbaren Ergebnisse wurden im Dezember 2025 in Nature Communications veröffentlicht und für die Rubrik „Editor’s Highlights’ als einer der wichtigsten Artikel im Bereich „Materialwissenschafen und Chemie“ ausgewählt.
„PFAS sind ein globales Problem. Mit unserer Technologie schaffen wir die Grundlage für schnelle Vor-Ort-Analysen, die Behörden und Unternehmen bei der Überwachung und Sanierung von belasteten Standorten unterstützen“, sagt Knut Rurack, Experte für chemische und optische Sensorik an der BAM.
Umhüllte Nanopartikel in einem mikrofluidischen System
Die PFAS-Detektion beruht auf einem neu entwickelten fluoreszierenden Indikator, einem Bor-Dipyrromethen-Farbstoff mit Guadinin als Rezeptormolekül. An diesen wird das zu detektierende PFAS-Molekül über eine protonierungsinduzierte, durch Ionenpaarung unterstützte Wasserstoffbrückenbindung gebunden. Diese Bindung löst Fluoreszenz aus.
Diese Indikatorsubstanz ist eingebettet in ein molekular geprägtes Polymer (MIP), das die äußere Hülle des Nanopartikels bildet. Den Kern bildet ein Siliziumoxid-Nanopartikel, das einen weiteren fluoreszierenden Farbstoff als Referenz enthält.
Diese Kern-Schale-Nanopartikel sind integriert in ein mikrofluidisches System, in dem die Fluoreszenz mit einer Laser-Diode angeregt und mittels USB-Spektrometrie detektiert wird.
Erfolgreiche Tests mit PFOA
Der Artikel in Nature Communications beschreibt die Details der Herstellung von Nanopartikeln und mikrofluidischem System und zeigt anhand von Polyfluoroktansäure (PFOA), dass mit dem neuen Indikatorstoff eine Detektionsgenauigkeit von 11 µM PFOA in Wasser erreicht werden kann.
Unser Ziel war ein robustes, benutzerfreundliches und skalierbares System. Die Kombination aus Materialwissenschaft und Mikrofluidik eröffnet neue Wege für die Überwachung von Reinigungs- und Sanierungsprozessen im Rahmen des Umweltmanagements – nicht nur für PFAS, sondern auch für andere Schadstoffe“, erklärt Knut Rurack.
