I ricercatori della Singapore University of Technology and Design (SUTD) hanno dimostrato una tecnologia che rileva rapidamente gli inquinanti nell'acqua misurando il loro impatto sui microrganismi del nuoto.

La loro prova di concetto, pubblicato in Rapporti scientifici , non necessita di prodotti chimici, reagenti o apparecchiature di laboratorio. Anziché, sfrutta la normale fotocamera di uno smartphone e i microrganismi chiamati Paramecia che sono onnipresenti nei corpi idrici, rendendolo particolarmente adatto per valutare la potabilità dell'acqua nelle regioni sottosviluppate.

Tipicamente, i livelli di inquinanti ambientali sono misurati valutando il loro impatto su una data popolazione. Sebbene tali impatti possano essere visibili dopo diversi giorni per i microrganismi, ci vogliono diversi anni prima che la vera scala venga rivelata negli animali più grandi.

Per accelerare queste misurazioni, i ricercatori guidati dall'assistente professore Javier Fernandez presso il Fermart Lab hanno utilizzato un semplice metodo di visione artificiale per monitorare e misurare l'impatto degli inquinanti sul comportamento dei microrganismi. Nello specifico, hanno usato i cambiamenti nella velocità di nuoto di Paramecium aurelia:un organismo unicellulare può muoversi a velocità sorprendenti di oltre dieci volte la lunghezza del corpo al secondo.

"Abbiamo scelto Paramecia perché sono onnipresenti nei corpi idrici e abbastanza grandi da essere visti con una normale fotocamera, " ha spiegato Fernandez. "Sono anche nuotatori veloci, così piccole differenze nella loro velocità di nuoto si tradurranno in grandi cambiamenti, rendendoli facili da misurare."

Tracciando le velocità di nuoto e i movimenti dell'acqua Paramecia attraverso un semplice microscopio installato su cellulari con fotocamera, hanno scoperto che potevano dedurre con precisione la presenza di inquinanti nei campioni di acqua in pochi minuti.

Per tenere traccia del Paramecia , la squadra ha registrato video, quindi ha eseguito un algoritmo di identificazione e tracciamento degli oggetti che avrebbe rilevato automaticamente le creature e ne avrebbe calcolato la velocità di nuoto e il movimento. "Le velocità di nuoto sono leggermente diverse tra i diversi individui. Ma con tutti questi dati, siamo in grado di ridurre l'impatto di tale variabilità e ottenere caratteristiche generali del loro nuoto, ", ha detto Fernandez.

Attraverso i loro sforzi, i ricercatori hanno dimostrato che le velocità di nuoto di Paramecia sono influenzati da inquinanti come i metalli pesanti cloruro di zinco e solfato di rame, così come il comune antibiotico eritromicina. Tali variazioni sono avvenute nell'ambito dei limiti ammissibili degli inquinanti; ad esempio, a concentrazioni di metalli pesanti la metà di quelli considerati non sicuri per l'acqua potabile, la velocità media di nuoto di Paramecia era quasi dimezzato.

Allo stesso modo, ci sono state riduzioni immediate e significative della velocità di nuoto di Paramecia a concentrazioni considerate pericolose, consentendo potenzialmente ai ricercatori di valutare rapidamente l'impatto di uno specifico inquinante in un ambiente specifico.

"Prendere un campione d'acqua e misurare la velocità di Paramecia può quindi essere utilizzato come un metodo semplice per valutare la potabilità dell'acqua senza la necessità di attrezzature specializzate o prodotti chimici, " disse Fernandez. "Di solito, avresti bisogno di un test diverso per ogni inquinante, ma Paramecia il nuoto è una misura globale".

Il team ha progettato il sistema sotto l'ombrello di quella che è nota come "ingegneria frugale, " dove metodi avanzati come il monitoraggio e l'analisi degli oggetti eseguono attività con fronzoli minimi, consentendo un'ampia applicabilità con poche risorse.

Secondo gli autori, la dimostrata correlazione tra la velocità di nuoto dei microrganismi e la presenza di inquinanti, e la sua valutazione in pochi minuti, può essere usato come un semplice, modo senza risorse per valutare la qualità dell'acqua a livello globale o come sostituto di metodi standardizzati per misurare la tossicità in ambienti di laboratorio.

"Nel futuro, qualcuno potrebbe provare un diverso tipo di microrganismo. Vari inquinanti influenzerebbero gli organismi in modo diverso, quindi mettere insieme i dati di più microrganismi ci consentirebbe di comprendere meglio la fonte degli inquinanti, " ha concluso Fernandez. "Ciò che abbiamo dimostrato dimostra che possiamo ottenere informazioni sulla qualità dell'acqua in modo semplice ed economico, senza strumenti tecnici e in men che non si dica."