Des chercheurs ont montré qu'un système de détection par fluorescence sans lentille permettait de détecter avec une grande sensibilité des micro-organismes mortels dans l'eau potable. Avec des développements ultérieurs, cette nouvelle approche pourrait fournir un moyen peu coûteux et facile à utiliser pour surveiller la qualité de l'eau dans les environnements aux ressources limitées, comme les pays en développement ou les zones touchées par des catastrophes. Elle pourrait également être utile lorsque des résultats sur la sécurité de l'eau sont nécessaires rapidement, comme pour les épreuves de natation, une préoccupation mise en évidence lors des Jeux olympiques de Paris.
Dans les pays en développement, les sources d'eau insalubres sont responsables de plus d'un million de décès chaque année. Nous espérons que nos travaux faciliteront le développement de paradigmes de détection de l'eau potable plus simples et plus rentables, mais très efficaces, permettant ainsi de sauver d'innombrables vies dans le monde.
Ashim Dhakal Chef d'équipe d'étude, Institut de recherche Phutung
Les méthodes actuelles d’évaluation de la contamination microbienne de l’eau nécessitent la culture d’échantillons d’eau, puis la quantification des bactéries nocives. Cette opération peut prendre plus de 18 heures, ce qui la rend peu pratique lorsqu’une confirmation immédiate de la salubrité de l’eau est nécessaire. C’est également l’une des principales raisons pour lesquelles la surveillance de l’eau est inefficace dans les pays en développement, où les ressources humaines qualifiées, les infrastructures et les réactifs nécessaires ne sont pas facilement disponibles.
Dans Optique Des chercheurs de l'Institut de recherche Phutung, de l'Université de São Paulo au Brésil et de l'Université de York au Royaume-Uni, ont rapporté que leur nouveau fluorimètre de surveillance de l'eau peut détecter des protéines fluorescentes provenant de bactéries dans l'eau jusqu'à des niveaux inférieurs à une partie par milliard, sans utiliser de lentilles. Cette sensibilité répond aux critères de l'Organisation mondiale de la santé pour la détection de la contamination fécale dans l'eau potable.
« Les fluorimètres actuels utilisent généralement des lentilles coûteuses en verre spécial transparent aux UV et nécessitent un positionnement précis », a déclaré Dhakal. « Nous démontrons que l'élimination des lentilles non seulement réduit le coût, la taille et le poids de l'appareil, mais offre également de meilleures performances étant donné que nous ne visons pas ici l'imagerie. »
Se débarrasser des lentilles
Cette recherche fait partie d'un projet plus vaste financé en partie par l'Optica Foundation Challenge, attribué à Dhakal en 2022 pour piloter un instrument portable, peu coûteux et convivial pour l'évaluation de la qualité de l'eau en temps réel. Au cours du développement, les chercheurs ont examiné de près les principes fondamentaux de la génération de signaux optiques dans des applications telles que la surveillance de la qualité de l'eau. Ils ont découvert que si les lentilles optiques sont couramment utilisées dans des appareils tels que les caméras, les microscopes et les télescopes, ces composants optiques réduisent souvent les performances dans les situations pratiques qui ne nécessitent pas d'images.
« Il s’agit d’une découverte importante, car les lentilles représentent une part importante du coût des systèmes optiques et leur volume et leur poids rendent difficile la création d’appareils portables pratiques », a déclaré M. Dhakal. « Notre analyse a révélé que l’utilisation d’une source lumineuse, de détecteurs et de tailles d’échantillon aussi grandes et aussi proches les unes des autres que possible produit un signal plus fort, ce qui conduit à de meilleures performances pour la surveillance de la qualité de l’eau. »
Comparaison avec un système à lentilles
Sur la base de leurs résultats, les chercheurs ont conçu un système de fluorescence sans lentille utilisant de grandes lentilles (1 à 2 mm). 2) LED et détecteurs, qui sont récemment devenus disponibles dans les longueurs d'onde UV. Ils fonctionnent en utilisant la lumière UV pour exciter les protéines des microbes nocifs, puis en détectant la fluorescence résultante.
En plus de démontrer la sensibilité du système sans lentille, ils ont également montré qu'il produisait un signal de fluorescence environ deux fois plus puissant que celui d'un système à lentille. Ils ont découvert que les performances du système à lentille étaient limitées par son ouverture numérique, l'utilisation de sources et de détecteurs plus grands et la distance d'imagerie limitée requise entre les composants et l'échantillon.
Les chercheurs développent actuellement une version de poche des fluorimètres sans lentille pour les tests sur le terrain. Ils soulignent que l'instrument doit être capable de résister aux environnements difficiles rencontrés dans de nombreux scénarios avant d'être largement utilisé. Ils s'efforcent également de démontrer que leur approche répond aux exigences de spécificité pour détecter une contamination bactérienne spécifique en intégrant la mesure de plusieurs paramètres dans l'appareil.
« Notre système est déjà très utile car la mesure sensible et précise de la concentration de protéines bactériennes qu'il fournit est directement liée à l'efficacité du traitement de l'eau, à la dose de désinfectants requise pour la désinfection et à la probabilité de prolifération bactérienne lors d'un événement de recontamination », a déclaré Dhakal.