Single-molecule profiling of per- and polyfluoroalkyl substances by cyclodextrin mediated host-guest interactions within a biological nanopore

全氟辛酸 纳米孔 位阻效应 分子 全氟辛烷 化学 磺酸 环境化学 纳米技术 磺酸盐 材料科学 有机化学
作者
Xiaojun Wei,Aditya Choudhary,Leon Y. Wang,Lixing Yang,Mark J. Uline,Mario Tagliazucchi,Qian Wang,Dmitry Bedrov,Chang Liu
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:10 (45): eadp8134-eadp8134 被引量:27
标识
DOI:10.1126/sciadv.adp8134
摘要

Biological nanopores are increasingly used in molecular sensing due to their single-molecule sensitivity. The detection of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) like perfluorooctanoic acid and perfluorooctane sulfonic acid is critical due to their environmental prevalence and toxicity. Here, we investigate selective interactions between PFAS and four cyclodextrin (CD) variants (α-, β-, γ-, and 2-hydroxypropyl-γ-CD) within an α-hemolysin nanopore. We demonstrate that PFAS molecules can be electrochemically sensed by interacting with a γ-CD in a nanopore. Using HP-γ-CDs with increased steric resistance, we can identify homologs of the perfluoroalkyl carboxylic acid and the perfluoroalkyl sulfonic acid families and detect common PFAS in drinking water at 0.4 to 2 parts per million levels, which are further lowered to 400 parts per trillion by sample preconcentration. Molecular dynamics simulations reveal the underlying chemical mechanism of PFAS-CD interactions. These insights pave the way toward nanopore-based in situ detection with promises in environmental protection against PFAS pollution.
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