Escherichia coli. Credito:Laboratori delle montagne rocciose, NIAID, NIH
I ricercatori della CU Boulder hanno sviluppato e convalidato un nuovo sensore per il rilevamento del rischio di E. coli che presenta un impressionante tasso di accuratezza dell'83% durante il rilevamento della contaminazione nelle acque superficiali.
I risultati sono stati recentemente pubblicati su Water Research e potrebbe migliorare il rilevamento di una varietà di contaminanti in modo rapido ed efficace nei sistemi idrici di tutto il mondo e in America.
Emily Bedell (Ph.D.EnvEngr'22) è l'autore principale del documento del Mortenson Center in Global Engineering. Ha detto che circa due miliardi di persone in tutto il mondo usano una fonte di acqua potabile che contiene un certo livello di materia fecale e può causare problemi di salute che vanno dalla diarrea alla crescita stentata, specialmente nei bambini piccoli.
"Circa il 60% di tutte le morti per diarrea sono legate alla qualità dell'acqua, a livello globale", ha affermato. "Questo è un problema reale, ma i metodi attuali per trovare la cacca nell'acqua potabile sono costosi, hanno barriere elevate all'ingresso come requisiti di formazione estensivi o possono richiedere circa 24 ore per fornire risultati. Abbiamo inventato un sensore combinato con un modello di apprendimento automatico che utilizza la fluorescenza per mostrare i picchi di contaminazione fecale in tempo reale".
Sia la combinazione del sensore che del modello di apprendimento automatico sono stati approvati per un brevetto dall'Ufficio brevetti degli Stati Uniti.
Bedell ha affermato che la fluorescenza funziona illuminando una sorgente di luce LED UV su un campione d'acqua e misurando la quantità di luce che viene assorbita e riemessa a una lunghezza d'onda maggiore. Tali informazioni possono mostrare rapidamente una potenziale contaminazione, ma sono sensibili a molti fattori ambientali e fisici come la temperatura del campione, che causano rumore nei dati e ne rendono difficile l'interpretazione.
"Utilizziamo tecniche di apprendimento automatico per eliminare quel rumore e rilevare meglio le anomalie", ha affermato Bedell.
Una valutazione rapida e accurata della qualità dell'acqua è un'esigenza crescente, non solo nei paesi a basso reddito, ma in situazioni come la crisi idrica di Flint, nel Michigan, in cui i cittadini sono stati esposti a livelli pericolosi di piombo da politiche governative inadeguate.
Il professor Evan Thomas, direttore del Mortenson Center, è un coautore dell'articolo. Ha affermato che anche il cambiamento climatico è un fattore in questa discussione poiché interruzioni di corrente più frequenti possono influire sulle operazioni degli impianti di trattamento e condizioni meteorologiche avverse potrebbero contaminare fonti d'acqua critiche.
"Avremo bisogno di più dati sulla qualità dell'acqua e abbiamo bisogno che siano ampiamente disponibili", ha affermato. "Eseguire misurazioni una volta al giorno non sarà sufficiente per garantire che stiamo ricevendo acqua priva di contaminanti biologici o chimici che possono danneggiarci sia a breve che a lungo termine".
Bedell è ora impiegato come ingegnere per Virridy a Boulder e sta lavorando per far avanzare ulteriormente la tecnologia. Idealmente funzionerà in collaborazione con un sistema di trattamento domestico più ampio per coloro che utilizzano un pozzo privato, dove la qualità dell'acqua non è regolata dall'EPA, per la loro acqua potabile.
"Quel sensore sarà una versione miniaturizzata del progetto costruito in questo documento e sarà installato sulla linea d'acqua principale di una casa proveniente dal pozzo", ha affermato. "I dati del sensore verranno inviati tramite il WiFi dell'utente a un database online in cui verrà applicato il modello di apprendimento automatico per prevedere il livello di rischio e inviare le informazioni a un'app mobile che avviserà l'utente se viene rilevata una contaminazione".
Bedell ha affermato di essere sempre stata interessata alle intersezioni tra ingegneria, ambiente ed equità sociale e questo progetto di ricerca ha davvero unito questi aspetti durante il suo periodo con il Mortenson Center.
"La ricerca sulla qualità dell'acqua colpisce tutti questi punti in tanti modi. Con più dati possiamo sottolineare esplicitamente come e quando le comunità vengono danneggiate a causa di ingiustizie ambientali in modo che le politiche e le pratiche messe in atto che hanno causato il danno possano essere affrontate", lei disse. + Esplora ulteriormente
