Иронично, что в местах, где питьевую воду больше всего нужно проверять на наличие микробов, лаборатории, которые могут выполнить анализ, вряд ли будут присутствовать. Новое «безлинзовое» устройство могло бы помочь, поскольку оно использует свет для мгновенного обнаружения вредных микроорганизмов.
Обычно для того, чтобы проверить питьевую воду на наличие бактерий, образец этой воды необходимо культивировать в чашке Петри в течение 12–48 часов. Этот процесс не только занимает много времени, но и должен выполняться обученным персоналом в лаборатории. В развивающихся странах таких лабораторий может быть немного и они находятся далеко друг от друга.
Один из вариантов предполагает использование устройства, известного как флуорометр. Он подвергает образец воды воздействию ультрафиолетового света, который заставляет белки, присутствующие в любых вредных бактериях, флуоресцировать. Обнаруживая и измеряя эту флуоресценцию, можно определить, сколько (если таковые имеются) бактерий присутствует в образце.
В большинстве флуорометров одна пара линз фокусирует свет на образец, в то время как другая пара фокусирует полученную флуоресценцию на встроенный датчик. Поскольку эти линзы должны быть изготовлены с высокой точностью и точно установлены, они увеличивают стоимость, сложность и вес флуорометра. Это делает устройства слишком дорогими и непрактичными для многих бедных регионов.
В попытке решить эту проблему доктор Ашим Дхакал и его коллеги из Научно-исследовательского института Футунг в Непале разработали флуорометр, который не имеет никаких линз. Вместо этого он просто использует ультрафиолетовый светодиод 1 x 1 мм для возбуждения бактериальных белков и фотодиод 2,4 x 2,4 мм для измерения полученного сигнала флуоресценции.
Портативная версия устройства, которая в настоящее время находится в разработке (слева) вместе с более крупным текущим прототипомРиджан Махарджан, Ашим Дхакал, Научно-исследовательский институт Пхутунг
Экспериментальное устройство не только проще и дешевле, чем типичный линзовый флуорометр, но и более чувствительно. Это обусловлено в основном тем, что не нужно оставлять места для фокусировки света или для самих линз, что означает, что источник света, образец и фотодиод могут располагаться максимально близко друг к другу, создавая гораздо более сильный сигнал.
В лабораторных испытаниях устройство смогло обнаружить содержащиеся в воде бактериальные белки вплоть до уровней менее одной части на миллиард, что соответствует стандартам Всемирной организации здравоохранения по обнаружению фекального загрязнения питьевой воды.
Дхакал и его коллеги сейчас работают над небольшой портативной версией флуорометра, которую можно было бы просто поместить в сосуды с водой, чтобы обеспечить считывание показаний на месте.
«В развивающихся странах небезопасные источники воды ежегодно становятся причиной более миллиона смертей», — говорит он. «Мы надеемся, что наша работа будет способствовать разработке более простых и экономически эффективных, но в то же время высокоэффективных парадигм обнаружения питьевой воды, что позволит спасти бесчисленное количество жизней по всему миру».
Статья об исследовании, в котором также приняли участие ученые из Университета Сан-Паулу в Бразилии и Университета Йорка в Великобритании, была недавно опубликована в журнале Optica.
