Gli obiettivi di sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite, numero 6, affronta la necessità di accesso ad acqua pulita e servizi igienico-sanitari per tutti. Nella situazione mondiale, una persona su tre non ha accesso all'acqua potabile, e due su cinque non dispongono di servizi di base per lavarsi le mani con acqua e sapone.

La qualità dell'acqua si riferisce anche agli elementi disciolti. Nel caso del fluoro, quantità controllate sono raccomandate per proteggere i denti, per esempio. incluso nel dentifricio. Livelli più alti possono causare fluorosi, interferire nella formazione dello smalto dei denti, corretta crescita delle ossa, e causare deformità invalidanti della colonna vertebrale e delle articolazioni. L'incidenza di concentrazioni più elevate di fluoro nell'acqua è maggiore nelle aree rurali senza accesso a una rete idrica adeguata.

Il fluoro nelle fonti d'acqua ha un'origine geogenica anziché antropica:la concentrazione di fluoro nell'acqua è determinata dalle formazioni geologiche nei letti dei fiumi. Così, la distribuzione del fluoro può essere disomogenea nelle regioni colpite, e fonti d'acqua con livelli di fluoro sicuri e non sicuri possono esistere vicine l'una all'altra. In questo caso, il problema del fluoro potrebbe essere risolto da una popolazione locale dotata di attrezzature specifiche per rilevare i livelli di fluoro nell'acqua e aiutarla a consumare acqua sicura.

Il costo dell'attrezzatura per il rilevamento del fluoro è da moderato ad alto, e richiede una formazione per essere utilizzato in modo efficace. Questo costo non è abbordabile per le popolazioni delle aree rurali. Per queste ragioni, il gruppo guidato dal professor Mutsumi Kimura e dal dottor Eugenio Otal dell'Università di Shinshu ha deciso di sviluppare apparecchiature portatili a prezzi accessibili in grado di rilevare il fluoruro in modo semplice ea basso costo. La loro ricerca è stata recentemente pubblicata in Chimica:una rivista europea . Il costo della demo tecnologica sviluppata è di circa $ 23, ma questo prezzo può essere ridotto a meno della metà se la produzione viene aumentata. Il costo principale è legato all'elettronica che è utile per molte determinazioni.

Le strutture metallo-organiche (MOF) a base di lantanidi offrono una buona piattaforma per il rilevamento del fluoro grazie alla loro elevata affinità per il fluoro e all'emissione intensa nello spettro visibile. La forte affinità dei lantanidi da parte dei fluoruri trasforma i MOF nei corrispondenti fluoruri, spegnere la fluorescenza dei lantanidi. Questa variazione di intensità può essere utilizzata per determinare il livello di fluoro nell'acqua potabile. I ricercatori della Shinshu University hanno scelto il cotone come substrato per la sua natura idrofila, consentendo una buona sinergia con i MOF porosi e un buon controllo sulla quantità di campione liquido introdotto nel dispositivo, rendendo i risultati riproducibili e semplificando i precedenti sistemi utilizzati.

Queste innovazioni sono compatibili con i precedenti sviluppi del gruppo, che sono stati pubblicati in Sensori ACS nel gennaio di quest'anno. In questo precedente articolo, presentano la piattaforma elettronica basata su un microcontrollore Arduino, che utilizza uno smartphone come fonte di alimentazione e piattaforma di acquisizione dati. Questa innovazione elimina la batteria e lo schermo, riducendo i costi e consentendo di trasferire le informazioni di quantificazione del fluoro direttamente sullo smartphone. Il codice Arduino utilizzato nel dispositivo può essere modificato anche in base alle esigenze della popolazione locale.

Per trasferire le informazioni, è stata sviluppata un'interfaccia grafica amichevole (hello.fridie.de/zensorics-app/), raccoglie i dati di quantificazione del fluoro, il tempo, Data, e posizione dal GPS dello smartphone e li trasferisce via email, SMS, WhatsApp o qualsiasi servizio di messaggistica istantanea da inserire in una mappa di acque sicure da condividere con il resto della popolazione locale.

Questo nuovo sistema realizza i concetti di Industria 4.0, è stampabile in 3D, Arduino programmabile, open-source, e il dispositivo può essere prodotto localmente e distribuito. Tutta questa innovazione ha prodotto un dispositivo a basso costo che può essere facilmente utilizzato da utenti non addestrati.

Il passaggio successivo consiste nell'implementare un MOF con prestazioni ancora migliori. Il sistema attuale utilizza un LED UV per l'eccitazione del MOF lantanide e rileva l'emissione verde. Il primo autore Eugenio Otal afferma, "abbiamo sviluppato una modifica di questo MOF che può essere eccitato con la luce visibile e il segnale verrà rilevato nell'infrarosso. Questa innovazione potrebbe ridurre il costo dell'elettronica e utilizzare rilevatori più economici e più sensibili nella regione dell'infrarosso degli spettri elettromagnetici".

Il loro obiettivo finale è sviluppare un dispositivo portatile per la qualità dell'acqua utilizzando gli stessi concetti che hanno usato qui, rendendolo modulare in base alle esigenze di ciascuna regione e dare il proprio contributo all'obiettivo 6 degli obiettivi di sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite:garantire l'accesso all'acqua e ai servizi igienico-sanitari per tutti una realtà, con un dispositivo portatile e conveniente.