Εκατομμύρια άνθρωποι σε όλο τον κόσμο συνεχίζουν να πίνουν νερό χωρίς να γνωρίζουν πραγματικά τι περιέχει. Σε αυτό το πλαίσιο, μια ομάδα ερευνητών από Γερμανικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Έρευνας και Δοκιμών Υλικών (BAM) έχει αναπτύξει ένα γρήγορο τεστ που υπόσχεται να απλοποιήσει όσο το δυνατόν περισσότερο τον βασικό έλεγχο της ποιότητας του νερού χρησιμοποιώντας κάτι τόσο συνηθισμένο όσο ένα smartphone.
Αυτό το νέο σύστημα είναι ικανό να ανιχνεύει Μόλυνση από κόπρανα στο νερό σε λιγότερο από ένα λεπτόΔουλεύοντας με μία μόνο σταγόνα και χωρίς την ανάγκη εργαστηρίου. Το κλειδί βρίσκεται σε ένα μικρό τρισδιάστατα εκτυπωμένο αξεσουάρ που συνδέεται με το κινητό τηλέφωνο και σε μια εφαρμογή ικανή να αναλύσει την εικόνα του δείγματος και να παρέχει ένα αποτέλεσμα σχεδόν αμέσως.
Ένα φορητό τεστ που μετατρέπει το κινητό σας τηλέφωνο σε εργαλείο ανάλυσης
Η συσκευή βασίζεται σε μια απλή αρχή: να αξιοποιεί το κάμερα smartphone ως αισθητήραςΓια να το πετύχουν αυτό, οι ερευνητές σχεδίασαν ένα ελαφρύ αξεσουάρ, κατασκευασμένο με τρισδιάστατη εκτύπωση, το οποίο τοποθετείται στο τηλέφωνο και χρησιμεύει ως στήριγμα για το δείγμα νερού και το χημικό συστατικό που αντιδρά με την ουροβιλίνη.
Η ουροβιλίνη είναι ένα δείκτης που σχετίζεται με κοπρανώδη μόλυνση η οποία, όταν αντιδρά με ορισμένα αντιδραστήρια, επιτρέπει την ταυτοποίηση βιολογικών υπολειμμάτων στο νερό. Η δοκιμή που αναπτύχθηκε από την BAM είναι βαθμονομημένη για να ανιχνεύει αυτήν την ένωση σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις, καθιστώντας την χρήσιμη ως σημάδι έγκαιρης προειδοποίησης σε περιπτώσεις νερού που μπορεί να είναι ακατάλληλο για ανθρώπινη κατανάλωση.
Η διαδικασία είναι απλή: μια σταγόνα νερού τοποθετείται στο σημείο μέτρησης του αξεσουάρ, η μονάδα συνδέεται στο smartphone και λαμβάνεται μια φωτογραφία χρησιμοποιώντας την ειδική εφαρμογή. Από αυτήν την εικόνα, το λογισμικό αναλύει την ένταση του σήματος που παράγεται από την αντίδραση με την ουροβιλίνη και παρέχει μια Αποτέλεσμα ερμηνεύσιμο σε δευτερόλεπτα, χωρίς να χρειάζεται να στείλετε τίποτα σε ένα κεντρικό εργαστήριο.
Το σύστημα έχει περιγραφεί σε επιστημονικό περιοδικό Αισθητήρες ACSΗ έκθεση περιγράφει λεπτομερώς τόσο τον οπτικό σχεδιασμό του τρισδιάστατα εκτυπωμένου αξεσουάρ όσο και τους αλγόριθμους ανάλυσης εικόνας. Στόχος των ερευνητών είναι η συναρμολόγηση να είναι οικονομική στην κατασκευή, εύκολη στην αναπαραγωγή και αρκετά στιβαρή για χρήση σε πραγματικά περιβάλλοντα εκτός εργαστηρίου.
Βασικές διαφορές από τις παραδοσιακές εργαστηριακές εξετάσεις
Οι συμβατικές μικροβιολογικές μέθοδοι για τον έλεγχο της ποιότητας του νερού συνήθως περιλαμβάνουν την καλλιέργεια μικροοργανισμών ή προηγμένες αναλυτικές τεχνικές που απαιτούν εργαστηριακό εξοπλισμό, εξειδικευμένο προσωπικό και έως 24 ώρες χρόνο αναμονής για να επιτευχθεί ένα αξιόπιστο αποτέλεσμα. Αυτό αυξάνει το κόστος της διαδικασίας και καθυστερεί τις αποφάσεις για την υγεία, ειδικά σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης.
Η νέα δοκιμή φορητών smartphone μειώνει δραστικά αυτούς τους χρόνους: Η ανάγνωση ολοκληρώνεται σε λιγότερο από ένα λεπτό. από τη στιγμή που τοποθετείται η σταγόνα νερού στο εξάρτημα. Παρόλο που δεν προορίζεται να αντικαταστήσει πλήρως τις εργαστηριακές μεθόδους αναφοράς, προσφέρει ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο ταχείας διαλογής για να αποφασιστεί εάν απαιτείται περαιτέρω ανάλυση.
Εκτός από τον παράγοντα χρόνο, το κόστος και η εφοδιαστική αλυσίδα κάνουν μια άλλη σημαντική διαφορά. Ενώ οι παραδοσιακές αναλύσεις απαιτούν την αποστολή δειγμάτων, τη διατήρηση μιας αλυσίδας φύλαξης και την επιβάρυνση του κόστους μεταφοράς και επεξεργασίας, αυτή η συσκευή μπορεί να χρησιμοποιηθεί επί τόπου, στο ίδιο το σημείο συλλογής, με... δυνητικά χαμηλό λειτουργικό κόστος μόλις το αξεσουάρ και η εφαρμογή είναι διαθέσιμα στο τηλέφωνο.
Όλα αυτά ανοίγουν την πόρτα σε μια αλλαγή στον τρόπο οργάνωσης της παρακολούθησης των υδάτων, επιτρέποντας πολλά περισσότερα σημεία μέτρησης με λιγότερους πόρους και καθιστώντας εφικτό τον συνεχή έλεγχο χωρίς να βασίζεται κανείς αποκλειστικά σε μεμονωμένες εκστρατείες δειγματοληψίας, οι οποίες συχνά δεν εντοπίζουν συγκεκριμένες αιχμές ρύπανσης.
Εφαρμογές σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης, αγροτικές περιοχές και σε συνθήκες περιορισμένων πόρων
Η χρησιμότητα ενός τέτοιου συστήματος γίνεται ιδιαίτερα εμφανής σε περιπτώσεις όπου η πρόσβαση σε εργαστήρια είναι περίπλοκη ή απλώς ανύπαρκτη. πλημμύρες και φυσικές καταστροφές Σε περίπτωση αιφνίδιας μόλυνσης, η δυνατότητα να προσδιοριστεί σε δευτερόλεπτα εάν το νερό εμφανίζει σημάδια κοπρανώδους μόλυνσης μπορεί να είναι ζωτικής σημασίας για την πρόληψη επιδημιών.
Σε αγροτικές περιοχές της Ευρώπης, της Λατινικής Αμερικής ή της Αφρικής, όπου τα δίκτυα αποχέτευσης είναι περιορισμένα ή ακανόνιστα, οι τοπικές αρχές, οι ΜΚΟ, ακόμη και οι οργανωμένες κοινότητες θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν αυτό το είδος δοκιμής για να Ελέγξτε την ποιότητα των φρεατίων, των πηγών και των μικρών συστημάτων παροχής χωρίς να χρειάζεται να ταξιδεύουν σε μεγάλα αστικά κέντρα.
Μια άλλη προφανής εφαρμογή είναι η περιβαλλοντική παρακολούθηση ποταμών, λιμνών και παράκτιων περιοχών. Μια φορητή και εύχρηστη συσκευή θα επέτρεπε την πιο συχνή παρακολούθηση και συλλογή δεδομένων, διευκολύνοντας την ανίχνευση διαρροών, βλαβών μονάδων επεξεργασίας λυμάτων ή προβλημάτων στις υποδομές αποχέτευσης πριν αυτά εξελιχθούν σε κρίσεις δημόσιας υγείας.
Για τις διοικήσεις και τους φορείς διαχείρισης υδάτων, που έχουν αποτελέσματα σχεδόν σε πραγματικό χρόνο Αυτό μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ικανότητα απόκρισης, επιτρέποντας, για παράδειγμα, την ενεργοποίηση περιορισμών κατανάλωσης, δημόσιων ειδοποιήσεων ή πιο λεπτομερών ερευνών όταν ανιχνεύονται ύποπτες τιμές.
Επεκτασιμότητα χάρη στην τρισδιάστατη εκτύπωση και τις ευκαιρίες καινοτομίας
Ένα από τα στοιχεία που κάνουν αυτό το έργο ιδιαίτερα ενδιαφέρον είναι ότι το αξεσουάρ παράγεται από Εκτύπωση 3DΑυτό σημαίνει ότι, τουλάχιστον στα χαρτιά, διαφορετικοί οργανισμοί μπορούν να κατασκευάσουν τη συσκευή τοπικά χωρίς την ανάγκη μεγάλων βιομηχανικών εγκαταστάσεων, υπό την προϋπόθεση ότι διαθέτουν τα απαραίτητα σχέδια και προδιαγραφές.
Αυτή η προσέγγιση ανοίγει την πόρτα σε μοντέλα κατανεμημένης κατασκευής, όπου πανεπιστήμια, χώροι δημιουργίας, μικρές επιχειρήσεις ή δημόσιοι οργανισμοί μπορούν να εκτυπώσουν το αξεσουάρ ανάλογα με τη ζήτηση στην περιοχή τους. Στην Ευρώπη, για παράδειγμα, πολλές πόλεις και ερευνητικά κέντρα διαθέτουν ήδη υποδομή τρισδιάστατης εκτύπωσης, η οποία θα διευκόλυνε δοκιμάστε και προσαρμόστε τη συσκευή σε διαφορετικά πλαίσια.
Το επιχειρηματικό οικοσύστημα που συνδέεται με την περιβαλλοντική υγεία και την κινητή τεχνολογία μπορεί επίσης να βρει γόνιμο έδαφος εδώ. Οι υπηρεσίες θα μπορούσαν να βασιστούν σε αυτό το είδος δοκιμών. γεωαναφερμένη παρακολούθηση, πλατφόρμες έγκαιρης προειδοποίησης και εφαρμογές διαχείρισης δεδομένων που βοηθούν τις αρχές και τους οργανισμούς να απεικονίσουν την κατάσταση των υδάτων σε έναν χάρτη σε σχεδόν πραγματικό χρόνο.
Παρόλο που η ανάπτυξη ξεκίνησε σε ένα ερευνητικό περιβάλλον, είναι εύκολο να φανταστεί κανείς συνεργασίες με νεοσύστατες επιχειρήσεις τεχνολογίας υγείας, εταιρείες ύδρευσης, τηλεπικοινωνιακούς φορείς ή δημόσιες διοικήσεις που ενδιαφέρονται για την ενίσχυση της ασφάλειας εφοδιασμού. Σε κάθε περίπτωση, θα είναι απαραίτητο να εξισορροπηθούν τα εμπορικά συμφέροντα με την προσβασιμότητα σε περιοχές όπου ο προϋπολογισμός για τον ποιοτικό έλεγχο είναι πολύ περιορισμένος.
Σημαντικές προκλήσεις: αξιοπιστία πεδίου, ρύθμιση και μαζική υιοθέτηση
Όπως συμβαίνει με κάθε αναδυόμενη τεχνολογία, αυτή η γρήγορη δοκιμή smartphone εξακολουθεί να έχει αρκετές προκλήσεις μπροστά πριν γίνει ένα καθημερινό εργαλείο. Ένα από τα κύρια βήματα είναι η επαλήθευση της απόδοσής του σε πραγματικές συνθήκες, πέρα από το ελεγχόμενο περιβάλλον του εργαστηρίου όπου πραγματοποιήθηκαν οι αρχικές δοκιμές.
Στο χωράφι, ενδέχεται να υπάρχει νερό διαφορετικά επίπεδα θολότητας, τιμές pH, θερμοκρασίες και παρουσία άλλων ουσιών η οποία θα μπορούσε να επηρεάσει την ανίχνευση ουροβιλίνης ή την ποιότητα της εικόνας που καταγράφεται από την κάμερα του κινητού τηλεφώνου. Η επικύρωση της απόδοσης του συστήματος σε αυτό το εύρος καταστάσεων θα είναι το κλειδί για την εξασφάλιση αξιόπιστων αποτελεσμάτων και την αποτροπή ψευδών συναγερμών ή ψευδών αισθήσεων ασφάλειας.
Ένα άλλο σημαντικό σημείο είναι η πιστοποίηση. Για να χρησιμοποιηθεί επίσημα αυτό το είδος δοκιμής στην Ευρώπη ή σε άλλες περιοχές, θα πρέπει να υποβληθεί σε διαδικασίες αξιολόγησης και έγκρισης από τις αρμόδιες αρχές. υγειονομικές αρχές και ρυθμιστικοί φορείςΑυτό το στάδιο μπορεί να απαιτήσει χρόνο, αλλά είναι απαραίτητο τα αποτελέσματα να γίνουν αποδεκτά σε επίσημα πλαίσια επιτήρησης.
Τέλος, η ευρεία υιοθέτηση θα εξαρτηθεί τόσο από το τελικό κόστος του αξεσουάρ και την εφαρμογή του, όσο και από το επίπεδο εκπαίδευσης που απαιτείται για τη σωστή χρήση του. Παρόλο που η βασική λειτουργία μπορεί να φαίνεται απλή, είναι πιθανό να απαιτηθεί περαιτέρω εκπαίδευση. σαφή πρωτόκολλα χρήσης, συντήρησης και βαθμονόμησηςκαθώς και μηχανισμούς υποστήριξης και ενημερώσεις λογισμικού για να διασφαλιστεί ότι η συσκευή παραμένει αξιόπιστη με την πάροδο του χρόνου.
Παρά τα άγνωστα αυτά στοιχεία, ο συνδυασμός ενός ευρέως διαδεδομένου στοιχείου όπως το smartphone με ένα φθηνό αξεσουάρ και τρισδιάστατη εκτύπωση υποδηλώνει ένα σενάριο στο οποίο ο γρήγορος έλεγχος εάν το νερό εμφανίζει σημάδια κοπρανώδους μόλυνσης θα μπορούσε να γίνει πολύ πιο προσιτός και συχνός από ό,τι είναι σήμερα, τόσο στην Ευρώπη όσο και σε άλλες περιοχές με λιγότερους πόρους.
