חוקרים הראו שמערכת זיהוי פלואורסצנציה שאינה מכילה עדשות יכולה לספק זיהוי רגיש ביותר של מיקרואורגניזמים קטלניים במי השתייה. עם פיתוח נוסף, הגישה החדשה יכולה לספק דרך זולה וקלה לשימוש לניטור איכות המים במסגרות מוגבלות במשאבים כגון מדינות מתפתחות או אזורים שנפגעו מאסונות. זה יכול להיות שימושי גם כאשר יש צורך בתוצאות בטיחות במים במהירות, כגון עבור אירועי שחייה, דאגה שהודגשה במהלך אולימפיאדת פריז.
במדינות מתפתחות, מקורות מים לא בטוחים אחראים ליותר ממיליון מקרי מוות מדי שנה. אנו מקווים שהעבודה שלנו תאפשר פיתוח של פרדיגמות חישה פשוטות וחסכוניות יותר אך יעילות במיוחד עבור מי שתייה, ותציל אינספור חיים ברחבי העולם".
ראש צוות מחקר אשים דאקל, מכון המחקר Phutung
השיטות הנוכחיות המשמשות להערכת זיהום מיקרוביאלי במים דורשות תרבית את דגימות המים ולאחר מכן לכמת חיידקים מזיקים. זה יכול לקחת יותר מ-18 שעות, מה שהופך אותו לבלתי מעשי כאשר יש צורך באישור מיידי של בטיחות המים. זוהי גם סיבה מרכזית לכך שמעקב מים אינו יעיל במדינות מתפתחות, שבהן המשאב האנושי המיומן הנדרש, התשתית והריאגנטים אינם זמינים בקלות.
ב אופטיקהכתב העת של Optica Publishing Group למחקר בעל השפעה גבוהה, חוקרים ממכון המחקר Phutung, אוניברסיטת סאו פאולו בברזיל ואוניברסיטת יורק בבריטניה מדווחים כי פלואורומטר ניטור המים החדש שלהם יכול לזהות חלבונים ניאון מחיידקים במים עד לרמות של פחות מחלק אחד למיליארד, ללא שימוש בעדשות. רגישות זו עומדת בקריטריונים של ארגון הבריאות העולמי לאיתור זיהום צואה במי שתייה.
"מדדי הפלואור של היום משתמשים בדרך כלל בעדשות יקרות שעשויות מזכוכית מיוחדת שקופה UV ודורשות מיקום מדויק", אמר דאקל. "אנחנו מראים שביטול העדשות לא רק מפחית את עלות המכשיר, הגודל והמשקל אלא גם מספק ביצועים טובים יותר בהתחשב בעובדה שאנחנו לא מכוונים להדמיה כאן".
להיפטר מהעדשות
מחקר זה הוא חלק מפרויקט גדול יותר שממומן בחלקו על ידי אתגר קרן Optica, שהוענק ל-Dhakal בשנת 2022 כדי לתכנן מכשיר נייד, זול וידידותי למשתמש להערכת איכות מים בזמן אמת. במהלך הפיתוח, החוקרים בחנו מקרוב את היסודות של יצירת אותות אופטיים ביישומים כמו ניטור איכות מים. הם גילו שבעוד שעדשות אופטיות נמצאות בשימוש נפוץ במכשירים כמו מצלמות, מיקרוסקופים וטלסקופים, רכיבים אופטיים אלה מפחיתים לעתים קרובות את הביצועים במצבים מעשיים שאינם דורשים תמונות.
"זה היה ממצא חשוב מכיוון שעדשות מהוות נתח משמעותי מהעלויות של מערכות אופטיות ונפחן ומשקלן מקשים על יצירת מכשירים ניידים מעשיים", אמר דאקל. "הניתוח שלנו גילה ששימוש במקור אור, גלאים וגדלים של דגימות שכולם גדולים וקרובים זה לזה ככל האפשר מייצרים אות חזק יותר, המוביל לביצועים טובים יותר לניטור איכות המים".
השוואה למערכת עדשות
בהתבסס על הממצאים שלהם, החוקרים תכננו מערכת פלואורסצנטי ללא עדשות באמצעות גדול (1-2 מ"מ2) נוריות וגלאים, שהפכו לאחרונה לזמינים באורכי גל UV. זה עובד על ידי שימוש באור UV כדי לעורר חלבונים מחיידקים מזיקים ולאחר מכן זיהוי הקרינה שנוצרה.
בנוסף להדגמת הרגישות של המערכת חסרת העדשות, הם גם הראו שהיא הפיקה אות פלואורסצנטי שעוצמתו בערך כפול ממערכת עדשות. הם מצאו כי הביצועים של מערכת העדשות הוגבלו על ידי הצמצם המספרי שלה, השימוש במקורות ובגלאים גדולים יותר ומרחק ההדמיה הסופי הנדרש בין הרכיבים לדגימה.
החוקרים מפתחים כעת גרסה בגודל כיס של מדדי הפלואור חסרי העדשות לבדיקת שטח. הם מציינים כי יש להראות שהמכשיר עומד בסביבות הקשות המצויות במספר תרחישים לפני יישום נרחב. הם גם פועלים להדגים שהגישה שלהם עומדת בדרישות הספציפיות לאיתור זיהום חיידקי ספציפי על ידי שילוב מדידה של מספר פרמטרים במכשיר.
"המערכת שלנו כבר שימושית מאוד מכיוון שהמדידה הרגישה והמדויקת של ריכוז חלבוני חיידקים שהיא מספקת קשורה ישירות ליעילות הטיפול במים, למינון חומרי החיטוי הנדרשים לחיטוי ולסבירות להתרבות חיידקים באירוע של זיהום מחדש", אמר. דאקל.
