通常,为了检查饮用水中的细菌,必须将水样在培养皿中培养 12 到 48 小时。这个过程不仅需要很长时间,而且必须由实验室里训练有素的人员来完成。在发展中国家,这样的实验室可能少之又少。
另一种方法是利用一种称为荧光计的装置。它将水样暴露在紫外线下,使有害细菌中的蛋白质发出荧光。通过检测和测量这种荧光,就可以确定样本中存在多少(如果有的话)细菌。
在大多数荧光计中,一对透镜将光线聚焦到样品上,另一对透镜将产生的荧光聚焦到集成传感器上。由于这些透镜必须精确制造和精确放置,因此增加了荧光计的成本、复杂性和重量。这使得设备过于昂贵,对许多贫困地区来说并不实用。
为了解决这个问题,尼泊尔普通研究所的 Ashim Dhakal 博士及其同事开发了一种没有透镜的荧光计。它只需利用一个 1 x 1 毫米的紫外线 LED 来激发细菌蛋白质,再利用一个 2.4 x 2.4 毫米的光电二极管来测量由此产生的荧光信号。
目前正在制作中的手持版设备(左)和较大的当前原型机
与典型的透镜荧光仪相比,该实验装置不仅更简单、更便宜,而且灵敏度更高。这主要是因为无需为聚焦光线或透镜本身留出空间,这意味着光源、样品和光电二极管可以尽可能地靠近,从而产生更强的信号。
在实验室测试中,该设备能够检测出小于十亿分之一的水传播细菌蛋白,达到了世界卫生组织检测饮用水粪便污染的标准。
Dhakal 及其同事目前正在研制一种小型手持式荧光计,只需将其放置在水容器中,即可提供现场读数。
他说:"在发展中国家,不安全的水源每年造成 100 多万人死亡。我们希望,我们的工作将促进开发更简单、成本效益高且高效的饮用水传感范例,从而拯救全世界无数人的生命。"
关于这项研究的论文最近发表在《光学》杂志上,巴西圣保罗大学和英国约克大学的科学家也参与了这项研究。