Negli ultimi 10 anni, fioriture algali dannose:aumento improvviso della popolazione di alghe, tipicamente nelle regioni costiere e nei sistemi di acqua dolce, sono diventati un problema più serio per la vita marina in tutti gli Stati Uniti. Le fioriture sono costituite da fitoplancton, che producono naturalmente biotossine, e quelle tossine possono influenzare non solo i pesci e la vita vegetale nell'acqua, ma anche mammiferi, uccelli e umani che vivono vicino a quelle aree.

Secondo la National Oceanic and Atmospheric Administration, gli eventi sono diventati più comuni e si verificano in più regioni del mondo che mai.

La capacità di prevedere le fioriture algali dannose e la loro posizione, dimensioni e gravità potrebbero aiutare gli scienziati a prevenire i loro effetti pericolosi. Ma è stato difficile prevedere quando e dove si verificheranno le fioriture.

Ora, I ricercatori dell'UCLA hanno sviluppato un dispositivo economico e portatile in grado di analizzare immediatamente i campioni d'acqua, che fornirebbe ai biologi marini informazioni in tempo reale sulla possibilità che le fioriture algali possano verificarsi nell'area che stanno testando. Quella, a sua volta, consentirebbe ai funzionari che gestiscono le zone costiere di migliorare, decisioni più rapide su, Per esempio, la chiusura di spiagge e banchi di crostacei prima della fioritura algale provoca gravi danni.

I ricercatori dell'UCLA hanno creato un nuovo citometro a flusso, che rileva e misura le caratteristiche fisiche e chimiche di piccoli oggetti all'interno di un campione, basato sull'imaging olografico e sull'intelligenza artificiale. Può analizzare rapidamente la composizione di varie specie di plancton in pochi secondi, molto più veloce dell'attuale metodo standard, che comporta la raccolta manuale di campioni d'acqua e la loro esecuzione in diversi passaggi.

La ricerca, che è stato pubblicato online da Luce:scienza e applicazioni e apparirà nell'edizione cartacea della rivista, era guidata da Aydogan Ozcan, il Professore del Cancelliere dell'UCLA di Ingegneria Elettrica e Informatica e direttore associato del California NanoSystems Institute presso l'UCLA.

La crescente minaccia delle fioriture è causata in parte dall'aumento della temperatura dell'acqua a causa del cambiamento climatico, e in parte da alti livelli di nutrienti (principalmente fosforo, azoto e carbonio) da fertilizzanti utilizzati per prati e terreni agricoli.

I composti tossici prodotti dalle fioriture possono esaurire l'ossigeno dall'acqua e possono impedire alla luce solare di raggiungere pesci e piante acquatiche, che li fanno morire o migrare altrove. Inoltre, i pesci e la fauna selvatica vicina possono persino ingerire le tossine; e in alcuni rari casi, se sono abbastanza vicini ai fiori, gli esseri umani possono inalarli, il che può influenzare il sistema nervoso, cervello e fegato, e alla fine portare alla morte.

Gli scienziati hanno generalmente cercato di capire le fioriture algali attraverso il campionamento manuale e la tradizionale microscopia ottica, che usano per creare mappe ad alta risoluzione che mostrano una composizione di fitoplancton in quell'area per lunghi periodi di tempo. Per costruire quelle mappe, i tecnici devono raccogliere manualmente campioni di acqua utilizzando reti di plancton e poi portarli in un laboratorio per l'analisi. Il processo è impegnativo in parte perché la concentrazione e la composizione delle alghe in un dato corpo idrico possono cambiare rapidamente, anche nel tempo necessario per analizzare i campioni.

Il dispositivo creato da Ozcan e dai suoi colleghi velocizza l'intero processo e, perché non utilizza lenti o altri componenti ottici, esegue il test a un costo molto inferiore. Imaging campioni di alghe ed è in grado di scansionare un'ampia gamma di altre sostanze, anche — usando l'olografia e l'intelligenza artificiale.

I citometri a flusso per immagini disponibili in commercio utilizzati nella microbiologia ambientale possono costare da $ 40, 000 a $ 100, 000, che ne ha limitato l'uso diffuso. Il citometro UCLA è compatto e leggero, e può essere assemblato da parti che costano meno di $ 2, 500.

Una sfida che i ricercatori hanno dovuto superare è stata garantire che il dispositivo avesse abbastanza luce per creare un ambiente ben illuminato, immagini ad alta velocità senza motion blur.

"È simile a scattare una foto di un'auto da corsa di Formula 1, " Ozcan ha detto. "Il cameraman ha bisogno di un'esposizione molto breve per evitare l'effetto mosso. Nel nostro caso, questo significa usare un molto luminoso, sorgente di luce pulsata con una durata dell'impulso di circa un millesimo della durata di un battito di ciglia."

Per testare il dispositivo, gli scienziati hanno misurato campioni oceanici lungo la costa di Los Angeles e ottenuto immagini della sua composizione di fitoplancton. Hanno anche misurato la concentrazione di un'alga potenzialmente tossica chiamata Pseudo-nitzschia lungo sei spiagge pubbliche della regione. Le misurazioni dei ricercatori dell'UCLA erano paragonabili a quelle di un recente studio del Programma di monitoraggio della biotossina marina del Dipartimento della sanità pubblica della California.

Zoltán Gӧrӧcs, uno studioso postdottorato dell'UCLA e primo autore dello studio, ha detto che i ricercatori stanno discutendo il loro nuovo dispositivo con i biologi marini per determinare dove sarebbe più utile.

"Il nostro dispositivo può essere adattato per osservare organismi più grandi con un rendimento maggiore o per osservare organismi più piccoli con una migliore qualità dell'immagine, sacrificando parte del rendimento, " Egli ha detto.