Scienziati della Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) hanno sviluppato un dispositivo portatile, ispirato dalla capacità del corpo umano, per rilevare tracce di metalli pesanti nell'acqua potabile in soli cinque minuti.

Il segreto sta in una sostanza organica all'interno del flusso sanguigno umano circolante, chiamato agente chelante, che può rilevare e legarsi a ioni di metalli pesanti. Dopo il legame, impedisce agli ioni dei metalli pesanti di interagire con altre molecole ed enzimi nel corpo, e lo contrassegna per l'escrezione dal corpo.

Combinando un agente chelante con un sistema di misurazione ottico, Il Professore Associato Yong Ken-Tye e il Professor Tjin Swee Chuan della Scuola di Ingegneria Elettrica ed Elettronica hanno sviluppato un dispositivo che genera rapidamente i risultati dei test senza dover riportare i campioni, rendendo il dispositivo conveniente per il test dell'acqua in loco. Può essere integrato anche in elettrodomestici per uso domestico, come i sistemi di filtrazione dell'acqua.

La qualità dell'acqua potabile è in genere monitorata tramite test di laboratorio poiché i metalli pesanti non possono essere identificati dal colore, gusto, o odore, se non presente ad alti livelli. test di laboratorio, pur essendo estremamente accurato, impiegare almeno un giorno per completarlo.

Ci sono alcuni dispositivi portatili sul mercato in grado di rilevare rapidamente i contaminanti di metalli pesanti, ma può richiedere la fase aggiuntiva di miscelazione del campione d'acqua con una soluzione tampone prima che il test possa essere eseguito. Anche il sensore per tali kit deve essere utilizzato entro 30 minuti dall'esposizione all'aria, poiché l'efficacia del sensore può essere influenzata dall'aria, calore, o umidità.

Altre alternative mobili includono quelle che utilizzano elettrodi metallici come il mercurio come sonda di rilevamento, che potrebbero reintrodurre nell'ambiente contaminanti di metalli pesanti, e strisce reattive che cambiano colore quando entrano in contatto con metalli pesanti, ma portano a risultati che si basano su letture soggettive della striscia.

L'invenzione della NTU riportata in un articolo pubblicato sulla rivista scientifica Sensori ACS funziona sul campo e richiede solo poche gocce di un campione d'acqua in una cartuccia del sensore usa e getta per rilevare i metalli pesanti con una precisione di parti per miliardo.

Questo livello di sensibilità è in linea con i requisiti sui limiti di sicurezza di Singapore che rientrano negli standard dell'Organizzazione mondiale della sanità. Ad esempio, il dispositivo può rilevare livelli di piombo di 5 parti per miliardo, che è inferiore al limite di 10 parti per miliardo stabilito dall'Environmental Public Health Act di Singapore.

Anche la sensibilità del sensore nel dispositivo portatile NTU non è limitata dall'esposizione all'aria, e rimane efficace fino ad una temperatura di 40°C.

Assoc Prof Yong Ken-Tye, titolare della cattedra del Rettore NTU in Ingegneria Elettrica ed Elettronica, disse, "Il nostro dispositivo è in grado di condurre rapidamente test di qualità dell'acqua in loco e può rilevare fino a 24 tipi di contaminanti metallici, che è il doppio della capacità di altri sensori dell'acqua disponibili in commercio.

"L'utilizzo di un agente chelante nel dispositivo garantisce che il suo sensore sia sensibile nel rilevare i metalli pesanti quanto il meccanismo di difesa naturale del corpo contro l'intossicazione da metalli".

Ispirato al meccanismo di rilevamento del metallo del corpo

Il dispositivo comprende un sensore a fibra ottica modificato con un agente chelante, e un laser che lo attraversa. Questo sensore è collegato a un'unità di elaborazione che visualizza i risultati del test di qualità dell'acqua (vedi immagine sotto).

In un campione di acqua contaminato da metalli pesanti, gli ioni metallici si legheranno all'agente chelante sul sensore a fibra ottica. Ciò induce uno spostamento nello spettro della luce in uscita, da cui l'unità di elaborazione del dispositivo calcola quindi la concentrazione di metalli pesanti nel campione. Il processo dura circa cinque minuti.

Professore Tjin Swee Chuan, che è anche Associate Provost di NTU (Graduate Education &Lifelong Learning), disse, "Il dispositivo può essere facilmente integrato in qualsiasi impianto di trattamento delle acque in linea esistente. Sebbene il nostro prodotto sia abbastanza competitivo da penetrare nel mercato, stiamo ancora lavorando per migliorare ed espandere la nostra linea di prodotti per sensori d'acqua. Ad esempio, stiamo esplorando modi per tradurre questa tecnologia per uso domestico, come nei sistemi di filtrazione dell'acqua domestica e nei bollitori elettrici."

Dopo aver depositato due brevetti, il team NTU ha ora incorporato con successo uno spin-off, acqua. Ora sta lavorando con altre aziende locali per raccogliere più dati attraverso la loro invenzione per migliorare la precisione del dispositivo.

Waterply sta anche collaborando con un'azienda statale in Cina per sviluppare sensori per l'acqua di nuova generazione in grado di contrastare l'inquinamento idrico.