Евтина система за откриване на микроорганизми, базирана на флуоресценция, ще спаси милиони животи

Учени от Непал, Бразилия и Обединеното кралство са разработили флуоресцентна система за откриване на микроби в питейната вода, която не използва лещи. Устройството работи на базата на ултравиолетови светодиоди, които възбуждат протеините на микроорганизмите и ги карат да светят. Детектор анализира това светене, което позволява бързо и ефикасно да се определи нивото на замърсяване. Резултатите се показват като цифрови стойности и цветни индикатори, което прави системата лесна за използване. Новото устройство може да спаси милиони животи всяка година в развиващите се страни. Освен това то може да гарантира безопасността на водните спортове, което беше проблем на Олимпийските игри в Париж.

Устройството работи по следния начин: то насочва към водна проба специална светлина, която кара бактериалните молекули да светят. Тези молекули поглъщат енергията на светлината и след това я излъчват обратно, но под формата на друга светлина с по-ниска енергия. Цветът на това светене зависи от това от какви атоми са изградени бактериалните молекули. Чрез анализ на флуоресценцията може да се определи кои бактерии присъстват във водата и колко чиста е тя. Детекторът регистрира количеството излъчена светлина, което позволява прецизното преброяване на целевите молекули и следователно концентрацията на бактериите в пробата.

Устройството за откриване на микроорганизми във водата представлява безконтактна флуоресцентна система, използваща големи (1-2 mm²) светодиоди и детектори. Тези светодиоди наскоро станаха достъпни и в ултравиолетовия диапазон (< 280 nm) благодарение на производствени процеси, отличени с Нобелова награда, при които се използват сплави от галиев нитрид. Ултравиолетовата светлина възбужда протеините на вредните микроорганизми, което води до флуоресценция.

Като източник на възбуждаща светлина се използва светодиод, а като детектор – фотодиод с подходяща електронна схема за управление. За да се оптимизира процесът, обикновено се използват лещи с висока числова апертура. Те позволяват възбуждащата светлина да бъде максимално фокусирана върху целевите молекули и ефективно да събира излъчваното от тях лъчение. Наличността на такива лещи обаче е ограничена и те трудно се интегрират в конструкцията. Това значително усложнява процеса на разработване. В новото устройство не са необходими лещи. Този подход подобрява работата на системата, намалява консумацията на енергия и удължава живота на системата.

Системата е предназначена за протеини, получени от флуоресцентната аминокиселина триптофан. Триптофанът и неговите производни се произвеждат и метаболизират активно от E. coli и се намират както във, така и извън клетките на тези бактерии. Следователно флуоресценцията на тези протеини е подходящ индикатор за E. coli във водните проби.

Резултатите от измерването се показват като обикновени цифрови стойности на стандартни цветни индикатори, които са лесни за разбиране и от непрофесионалисти. Показанията се получават в рамките на няколко секунди. Системата е лесна за използване и бърза за предприемане на действия. Липсата на обектив прави устройството компактно и преносимо.

Екипът разработва версии на системата, които могат да бъдат интегрирани в съществуващата инфраструктура за пречистване и мониторинг на водата.