La scoperta del piombo a Flint, L'acqua potabile del Michigan ha richiamato nuovamente l'attenzione sui rischi per la salute posti dal metallo. Ora i ricercatori dell'Università di Houston hanno creato un sistema economico utilizzando uno smartphone e una lente realizzata con una stampante a getto d'inchiostro in grado di rilevare il piombo nell'acqua del rubinetto a livelli comunemente accettati come pericolosi.

Il sistema si basa su precedenti lavori di Wei-Chuan Shih, professore associato di ingegneria elettrica e informatica, e membri del suo laboratorio, inclusa la scoperta di una lente in elastomero poco costosa in grado di convertire uno smartphone di base in un microscopio.

L'ultima scoperta, descritto nel giornale Chimica analitica , combina la nano-colorimetria con la microscopia in campo oscuro, integrato nella piattaforma del microscopio dello smartphone per rilevare i livelli di piombo al di sotto della soglia di sicurezza stabilita dall'Agenzia per la protezione dell'ambiente.

"La nano-colorimetria per smartphone è rapida, basso costo, e ha il potenziale per consentire ai singoli cittadini di esaminare il contenuto (di piombo) nell'acqua potabile su richiesta praticamente in qualsiasi contesto ambientale, " hanno scritto i ricercatori.

Anche piccole quantità di piombo possono causare seri problemi di salute, con bambini piccoli particolarmente vulnerabili ai danni neurologici. Gli standard EPA richiedono che i livelli di piombo nell'acqua potabile siano inferiori a 15 parti per miliardo, e Shih ha affermato che i kit di test per i consumatori attualmente disponibili non sono abbastanza sensibili da rilevare con precisione il piombo a quel livello.

Utilizzando uno smartphone economico dotato di lenti stampate a getto d'inchiostro e utilizzando la modalità di imaging in campo scuro, i ricercatori sono stati in grado di produrre un sistema portatile e facile da usare, nonché in grado di rilevare concentrazioni di piombo a 5 parti per miliardo nell'acqua del rubinetto. La sensibilità ha raggiunto 1,37 parti per miliardo in acqua deionizzata.

Shih e i suoi studenti l'anno scorso hanno pubblicato un set di dati open source in Ottica biomedica Express , spiegando come convertire uno smartphone dotato di lente in elastomero in un microscopio capace di microscopia a fluorescenza. Quel documento è stato il documento scaricato più frequentemente dalla rivista sin dalla sua pubblicazione.

L'ultima applicazione incorpora l'analisi del colore per rilevare particelle di piombo su scala nanometrica. Oltre a Shih, ricercatori sul progetto includono il primo autore Hoang Nguyen e Yulung Sung, Kelly O'Shaughnessy e Xiaonan Shan, il tutto con il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica dell'UH. (O'Shaughnessy era uno stagista estivo presso l'Università di Cincinnati nell'ambito del programma Esperienze di ricerca per studenti universitari della National Science Foundation.)

Applicando il dataset pubblicato nel 2017, i ricercatori hanno costruito un microscopio per smartphone autonomo in grado di funzionare sia in modalità di imaging a fluorescenza che in campo scuro e l'hanno abbinato a uno smartphone economico Lumina 640 con una fotocamera da 8 megapixel. Hanno spillato l'acqua del rubinetto con quantità variabili di piombo, che vanno da 1,37 parti per miliardo a 175 parti per miliardo. Hanno poi aggiunto ioni cromato, che reagiscono con il piombo per formare nanoparticelle di cromato di piombo; le nanoparticelle possono essere rilevate combinando analisi colorimetrica e microscopia.

L'analisi ha misurato sia l'intensità rilevata dalle nanoparticelle, correlandolo alla concentrazione di piombo, e verificato che la reazione fosse stimolata dalla presenza di piombo.

La miscela è stata trasferita su una lastra di polidimetilsilossano fissata su un vetrino; dopo che si è asciugato, acqua deionizzata è stata utilizzata per sciacquare il composto cromato e il sedimento rimanente è stato ripreso per l'analisi.

La capacità di imaging al microscopio si è rivelata essenziale, Shih ha detto, perché la quantità di sedimento era troppo piccola per essere ripresa con una fotocamera per smartphone non assistita, rendendo impossibile rilevare livelli relativamente bassi di piombo.

Basarsi sulla piattaforma del microscopio per smartphone per creare un prodotto di consumo utile è stato fondamentale, Shih ha detto. "Volevamo essere sicuri di poter fare qualcosa che sarebbe stato utile dal punto di vista del rilevamento del piombo secondo lo standard EPA, " Egli ha detto.