研究人員開發的新型無透鏡螢光檢測系統有望透過提供一種經濟實惠且高效的方法來檢測飲用水中的致命微生物,從而徹底改變水安全監測,從而有可能保護全球數百萬人的生命。
大學國際網
研究人員開發了一種開創性的無透鏡螢光檢測系統,可以對飲用水中的致命微生物進行高度靈敏的識別。這項突破有望提供一種低成本且用戶友好的解決方案,可以改變發展中國家和受災地區的水質監測。這種創新方法還可以為巴黎奧運等大型活動提供快速的水安全評估。
尼泊爾 Phutung 研究所研究小組組長 Ashim Dhakal 在一份報告中表示:“在發展中國家,不安全的水源每年導致超過 1 萬人死亡。” 新聞發布 。 “我們希望我們的工作將促進開發更簡單、更具成本效益且高效的飲用水感測範例,從而拯救世界各地無數的生命。”
傳統的水中微生物污染檢測方法需要耗時的樣品培養,有時需要 18 小時以上才能得出結果。在緊急情況下或在缺乏足夠基礎設施、技術人員和必要試劑的地區,這種延誤是不切實際的,從而導致水監測無效。
在他們的開創性研究中 出版 來自 Phutung 研究所、巴西聖保羅大學和英國約克大學的研究人員在《Optica》雜誌上透露,他們的無透鏡水監測螢光計可以檢測有害細菌中低於十億分之一的螢光蛋白。這種令人印象深刻的敏感度符合世界衛生組織檢測飲用水中糞便污染的標準。
「當今的螢光計通常使用昂貴的透鏡,這些透鏡由特種紫外線透明玻璃製成,並且需要精確定位,」Dhakal 補充道。 “我們證明,消除鏡頭不僅可以降低設備成本、尺寸和重量,而且還可以提供更好的性能,因為我們的目標不是成像。”
徹底改變光學檢測
Dhakal 的團隊在 Optica 基金會挑戰賽的資助下,旨在創建一種便攜式、價格實惠且用戶友好的儀器,用於即時水質評估。透過研究光訊號產生的核心原理,研究人員意識到鏡頭常常會影響不需要影像擷取的實際應用中的表現。
「這是一個重要的發現,因為鏡頭在光學系統成本中佔據很大一部分,而且它們的體積和重量使得製造實用的便攜式設備變得困難,」達卡爾補充道。 “我們的分析表明,使用盡可能大且彼此接近的光源、探測器和樣本尺寸會產生更強的信號,從而提高水質監測的性能。”
現場就緒且高效
新型無透鏡螢光系統利用更大的 UV LED 和偵測器來激發有害微生物中的蛋白質並檢測產生的螢光。他們的測試表明,無透鏡系統的螢光訊號強度幾乎是透鏡系統的兩倍,而透鏡系統通常受到數值孔徑和其他物理限制的限制。
信用: Rijan Maharjan、Ashim Dhakal、Phutung 研究所
目前,研究人員正在對袖珍版無透鏡螢光計進行微調,以進行現場測試,以確保其能夠承受惡劣的條件並滿足特定的細菌污染檢測要求。
「我們的系統已經非常有用,因為它提供的細菌蛋白質濃度的靈敏和準確測量與水處理的效率、消毒所需的消毒劑劑量以及再污染事件中細菌增殖的可能性直接相關。」達卡爾說。
隨著這項有前途的技術走向更廣泛的應用,它有可能極大地改善水安全和公共衛生,特別是在最需要可靠檢測方法的脆弱地區。這款無透鏡螢光儀器將在全球範圍內發揮拯救生命的功能。