Sensor för snabbare, billigare, och enklare bestämning av dioxiner i miljön

Resultat

Projektets syfte var att utveckla en portabel sensor för fältanalys av dioxiner i vatten och jord, som komplement till dagens tidskrävande och dyra metoder för dioxinanalys. LiU har tidigare utvecklat en högkänslig sensorplattform baserad på konduktansförändringar i epitaxiell grafen på SiC från Graphensic AB. En flödescell har utvecklats för denna plattform för maximal känslighet gentemot dioxiner i vätskefas, med en tydlig, repeterbar, och reversibel respons ned till låga pg/g koncentrationer. Genom att kombinera våra sensorer med en väletablerad teknologi inom biokemi uppnås selektiv bestämning av dioxiner i komplexa prover. Projektet har lett fram till konceptvalidering, och teknologin skulle kunna skräddarsys även för andra analyter.   

Trots åtgärder som begränsar utsläpp av dioxiner minskar deras koncentration i miljön långsammare än väntat, och utsläppskällorna är ofta okända. Vi har utvecklat en sensorlösning med en uppskattad kostnad på cirka 200 SEK/ chip som medger bestämning av dioxinkoncentrationer inom loppet av 1.5 h. Detta är en avsevärd kostnads- och tidseffektivisering jämfört med dagens metoder, som kostar mellan 5000 och 15000 SEK per prov, och kräver sofistikerade instrument och 3–5 dagars analys i ett specialistlabb. Nya marknadsöppningar förväntas när bestämning av dioxiner förenklas.  

Då vi inte lyckades erhålla god reproducerbarhet och stabilitet med den framtagna lösningen nåddes inte målet att integrera med Envic-Sense kommersiella instrument för fältanalys av miljögifter. Samarbetet har dock fortsatt och vi utforskar nu en alternativ lösning baserad på samma plattform via ett nytt SIO Grafen projekt påbörjades under 2022. Vi räknar med att nå ny konceptvalidering i augusti 2022. 

Abstract in English

Sensor for faster, cheaper, and easier determination of dioxins in the environment

Results
The project aim was to develop a portable sensor for on-site analysis of dioxins in water and soil, to complement today’s time-consuming and costly methods for dioxin analysis LiU has previously developed an ultra-sensitive platform based on conductance changes in epitaxial graphene on SiC from Graphensic AB. A flow-cell has been developed for this platform to maximize sensitivity towards dioxins in liquid, with a clear, repeatable, and reversible response down to low pg/g concentrations. Combining our sensors with a well-established technology in biochemistry allowed selective determination of dioxins in complex samples. The project reached proof of concept, and the technology could be tailored also for other analytes.

Despite measures to reduce the emission of dioxins, their concentration in the environment is not decreasing at the expected rate, and often the sources are unknown. We have developed a sensor solution with an estimated chip-cost of 200 SEK that allows determination of dioxin concentrations within 1.5 h. This is a considerable cost- and time reduction compared to today’s time consuming and costly (5000-15000 SEK per sample) methods which require sophisticated instruments and specialized labs. New market avenues expected as the determination of dioxins becomes simplified.

As we struggled to achieve good enough reproducibility and stability with the developed solution the goal of integration with Envic-Sense’s commercial instrument for on-site determination of environmental toxins was not met. However, the collaboration continues, and we are currently investigating an alternative solution based on the same platform in a new SIO Grafen project that started in 2022. We expect to reach proof of concept by August 2022.

Utlysning:
Samverkan för kommersiella tillämpningar med grafen – hösten 2018

Projektpartners: Linköpings universitet, Envic-Sense

Projektledare: Jens Eriksson, Linköpings universitet

Projektform: Forsknings- och innovationsprojekt

Bidrag: 485 000 kr

Projektets löptid: dec 2018 – nov 2019

Relaterade projekt:
En lågkostnads dioxinsensor baserad på epitaxiell, högren enkristallgrafen på kiselkarbid

Relaterade styrkeområden: