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Gli ingegneri NUS inventano un dispositivo di rilevamento dello smartphone che rileva rapidamente le alghe

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Un team di ingegneri della National University of Singapore (NUS) ha sviluppato un sistema altamente sensibile che utilizza uno smartphone per rilevare la presenza di alghe tossiche nell'acqua in 15 minuti. Il sistema è in grado di generare i risultati dei test in loco e di riportare i risultati in tempo reale utilizzando le funzionalità di comunicazione wireless dello smartphone.

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Secondo i ricercatori, questa scoperta tecnologica potrebbe svolgere un ruolo importante nella prevenzione della diffusione di microrganismi dannosi negli ambienti acquatici, che potrebbero minacciare la salute pubblica globale e causare problemi ambientali.

Il team di NUS, guidato dall'Assistente Professore Sungwoo Bae del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale della Facoltà di Ingegneria di NUS, ha pubblicato i risultati sulla rivista scientifica Harmful Algae.i metodi convenzionali di rilevamento e analisi delle alghe sono lunghi e richiedono attrezzature specializzate e costose, così come operatori qualificati per effettuare campionamenti e analisi dell'acqua. Un approccio è quello di testare la presenza di clorofilla utilizzando strumenti complessi che costano più di S2,000.

"Attualmente, può essere necessario uno o più giorni per raccogliere campioni d'acqua da un sito, riportarli al laboratorio per le prove e analizzare i risultati. Questo lungo periodo di tempo non è pratico per il monitoraggio della fioritura delle alghe, in quanto la gestione delle fonti di contaminazione e delle acque interessate potrebbe essere rallentata", ha spiegato Bae.

Per affrontare le attuali sfide nel monitoraggio della qualità dell'acqua, Bae e il suo team hanno impiegato un anno per sviluppare un dispositivo che controlla la qualità dell'acqua microbica in modo rapido e affidabile.

L'invenzione NUS comprende tre sezioni: un chip microfluidico, uno smartphone e una piattaforma personalizzabile stampata in 3D che ospita componenti ottici ed elettrici come una fonte di alimentazione portatile e una luce a LED.

Il chip viene prima rivestito con ossido di titanio ftocianina, un tipo di materiale a base di polimeri fotoconduttori. Lo strato fotoconduttivo guida le gocce d'acqua a muoversi lungo il chip durante il processo di analisi.

Il chip rivestito viene quindi posizionato sulla parte superiore dello schermo di uno smartphone, che proietta sul chip un motivo di regioni chiare e scure. Quando goccioline del campione d'acqua si depositano sulla superficie del chip, una differenza di tensione, creata dalle aree chiare e scure illuminate sullo strato fotoconduttivo, modifica la tensione superficiale delle gocce d'acqua. In questo modo le gocce d'acqua si spostano verso le aree buie e illuminate. Questo movimento induce le gocce d'acqua a mescolarsi con una sostanza chimica che macchia le cellule algali presenti nel campione d'acqua. La miscela è guidata dai giochi di luce verso la telecamera dello smartphone.

Successivamente, una sorgente luminosa a LED e un filtro verde incorporato nella piattaforma stampata in 3D, vicino alla fotocamera dello smartphone, creano le condizioni adatte per la fotocamera per catturare immagini fluorescenti delle cellule di alghe colorate. Le immagini possono essere inviate ad un'app sullo smartphone per contare il numero di cellule algali presenti nel campione. Le immagini possono anche essere inviate in modalità wireless ad un'altra località tramite lo smartphone per quantificare il numero di cellule algali. L'intero processo di analisi può essere completato in 15 minuti.

Il dispositivo portatile costa meno di 220 dollari, escluso lo smartphone, e pesa meno di 600 grammi. Il kit di prova è anche altamente sensibile, richiedendo solo un piccolo campione d'acqua per ottenere risultati affidabili.

Il team di ricerca NUS ha testato il proprio sistema utilizzando campioni d'acqua raccolti dal mare e dai serbatoi. I campioni d'acqua sono stati filtrati e addizionati con quantità specifiche di quattro diversi tipi di alghe d'acqua dolce, C. reinhardtii e M. aeruginosa, e due tipi di alghe marine, Amphiprora sp e C. closterium. Sono stati condotti esperimenti con il nuovo dispositivo e un emocitometro, una tecnica standard di conteggio cellulare comunemente utilizzata per il monitoraggio della qualità dell'acqua, per verificare la presenza di alghe.

Il sistema di smartphone è stato in grado di rilevare i quattro tipi di alghe con una precisione del 90%, paragonabile ai risultati generati dall'emocitometro.