Onderzoekers van de Singapore University of Technology and Design (SUTD) hebben een technologie gedemonstreerd die snel verontreinigende stoffen in water detecteert door hun impact op zwemmende micro-organismen te meten.

Hun proof-of-concept, gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten , vereist geen chemicaliën, reagentia of laboratoriumapparatuur. In plaats daarvan, het maakt gebruik van de gewone camera van een smartphone en micro-organismen die worden genoemd Paramecia die alomtegenwoordig zijn in waterlichamen, waardoor het bijzonder geschikt is voor het beoordelen van de drinkbaarheid van water in onderontwikkelde regio's.

Typisch, niveaus van milieuverontreinigende stoffen worden gemeten door hun impact op een bepaalde populatie te beoordelen. Hoewel dergelijke effecten voor micro-organismen na enkele dagen zichtbaar kunnen zijn, het duurt enkele jaren voordat de ware schaal wordt onthuld in grotere dieren.

Om deze metingen te versnellen, onderzoekers onder leiding van assistent-professor Javier Fernandez van het Fermart Lab gebruikten een eenvoudige computervisiemethode om de impact van verontreinigende stoffen op het gedrag van micro-organismen te volgen en te meten. specifiek, ze gebruikten de veranderingen in de zwemsnelheid van Paramecium aurelia - een eencellig organisme kan met verrassende snelheden van meer dan tien keer hun lichaamslengte per seconde bewegen.

"Wij kozen Paramecia omdat ze alomtegenwoordig zijn in waterlichamen en groot genoeg zijn om gezien te worden met een normale camera, " legde Fernandez uit. "Het zijn ook snelle zwemmers, dus kleine verschillen in hun zwemsnelheid zullen zich vertalen in grote veranderingen, waardoor ze gemakkelijk te meten zijn."

Door de zwemsnelheden en bewegingen van water te volgen Paramecia door een eenvoudige microscoop die is opgesteld op cameratelefoons, ze ontdekten dat ze de aanwezigheid van verontreinigende stoffen in watermonsters binnen enkele minuten nauwkeurig konden afleiden.

Om de . te volgen Paramecia , het team heeft video's opgenomen, voerde vervolgens een algoritme voor objectidentificatie en tracking uit dat de wezens automatisch zou detecteren en hun zwemsnelheid en beweging zou berekenen. "Zwemsnelheden verschillen iets tussen verschillende individuen. Maar met al deze gegevens, we zijn in staat om de impact van die variabiliteit te verminderen en algemene kenmerken van hun zwemmen te verkrijgen, ' zei Fernandez.

Door hun inspanningen, toonden de onderzoekers aan dat de zwemsnelheden van Paramecia worden aangetast door verontreinigende stoffen zoals de zware metalen zinkchloride en kopersulfaat, evenals het gewone antibioticum erytromycine. Deze veranderingen vonden plaats binnen het bereik van de toelaatbare limieten van de verontreinigende stoffen; bijvoorbeeld, bij concentraties van zware metalen de helft van degenen die als onveilig voor drinkwater worden beschouwd, de gemiddelde zwemsnelheid van Paramecia werd bijna gehalveerd.

Hetzelfde, er waren onmiddellijke en significante verlagingen van de zwemsnelheid van Paramecia bij concentraties die als gevaarlijk worden beschouwd, waardoor onderzoekers mogelijk snel de impact van een specifieke verontreinigende stof in een specifieke omgeving kunnen evalueren.

"Een monster water nemen en de snelheid meten van Paramecia kan daarom worden gebruikt als een eenvoudige methode om de drinkbaarheid van water te beoordelen zonder de noodzaak van gespecialiseerde apparatuur of chemicaliën, "zei Fernandez. "Meestal, je zou voor elke verontreinigende stof een andere test nodig hebben, maar Paramecia zwemmen is een globale maatstaf."

Het team ontwierp het systeem onder de paraplu van wat bekend staat als "zuinige engineering, " waar geavanceerde methoden zoals het volgen en analyseren van objecten taken uitvoeren met minimale franje, brede toepasbaarheid mogelijk maken met weinig middelen.

Volgens de auteurs is de aangetoonde correlatie tussen de zwemsnelheid van micro-organismen en de aanwezigheid van vervuilende stoffen, en de beoordeling ervan in slechts enkele minuten, kan worden gebruikt als een eenvoudige, manier om de waterkwaliteit wereldwijd te beoordelen of als vervanging voor gestandaardiseerde methoden om toxiciteit in laboratoriumomgevingen te meten.

"In de toekomst, iemand zou een ander type micro-organisme kunnen proberen. Verschillende verontreinigende stoffen zouden organismen verschillend beïnvloeden, dus het samenbrengen van gegevens van meerdere micro-organismen zou ons in staat stellen de bron van de verontreinigende stoffen beter te begrijpen, " concludeerde Fernandez. "Wat we hebben aangetoond, bewijst dat we op een goedkope en eenvoudige manier informatie over de waterkwaliteit kunnen krijgen, zonder technische instrumenten en in een mum van tijd."