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黑科技!智能手机结合喷墨打印机部件 就能测出水中十亿分之五的铅含量

财经 前瞻网 2018-10-02 15:11

 

黑科技!智能手机结合喷墨打印机部件 就能测出水中十亿分之五的铅含量

研究人员制造了一种独立的智能手机显微镜,可以在荧光和暗场成像模式下工作,并将其与价格便宜的Lumina 640智能手机和800万像素的摄像头配对。

密歇根州弗林特市的饮用水中发现的铅重新引起了人们对铅危害健康的关注。2016年,哈佛大学的研究团队称,美国饮用水中某些化学物质的毒性超出了联邦政府规定的饮用水标准,约600万人口受影响。

他们表示,密歇根州弗林特市各地区及其他地方的饮用水中发现铅含量过多,这一结果令人震惊。

现在,休斯顿大学的研究人员发明了一种便宜的系统,使用的是用智能手机和喷墨打印机制成的镜头,这种系统可以检测到自来水中的铅含量,铅含量过高通常被认为是危险的。

黑科技!智能手机结合喷墨打印机部件 就能测出水中十亿分之五的铅含量

(图源:University of Houston)

该系统建立在电子与计算机工程副教授Wei-Chuan Shih和他的实验室成员早期工作的基础上,包括发现了一种廉价的弹性体镜片,可以把一台基本的智能手机变成显微镜。

这一最新发现发表在《分析化学》(Analytical Chemistry)杂志上。

该发现将纳米比色法与暗场显微镜相结合,并集成到智能手机显微镜平台上,用以检测铅含量低于美国国家环境保护局(Environmental Protection Agency)设定的安全阈值。

研究人员写道:“智能手机纳米比色法快速、低成本,并且有潜力让普通市民在任何环境下都能按需检测饮用水中的(铅)含量。”

即使是少量的铅也会导致严重的健康问题,尤其是年幼的儿童,容易受到神经损伤。

美国环境保护署(EPA)的标准要求饮用水中的铅含量必须低于十亿分之十五,Shih说,目前可用的消费者检测试剂盒还不够灵敏,无法准确地在十亿分之十五的水平检测到铅含量。

通过使用配有喷墨打印镜头的廉价智能手机,以及使用暗场成像模式,研究人员能够制造出一种既便携又易于操作的系统,并且能够检测出自来水中每十亿分之五的铅浓度。

在去离子水中,灵敏度达到十亿分之1.37。

Shih和他的学生去年在《生物医学光学快报》(Biomedical Optics Express)上发表了一份开源数据集,解释了如何将一款配备弹性体镜头的智能手机转化为能够进行荧光显微镜观察的显微镜。

这篇论文是这份期刊中自发表以来下载次数最多的论文。

最新的应用包括使用颜色分析来检测纳米级的铅粒子。

除了Shih之外,该项目的研究人员还包括第一作者Hoang Nguyen和Yulung Sung、凯利·奥肖内西(Kelly O’shaughnessy)和Xiaonan Shan,他们都在休斯顿大学(UH)的电子与计算机工程系。

其中,奥肖内西是美国国家科学基金会(National Science Foundation)本科生研究经历项目下属的辛辛那提大学(University of Cincinnati)暑期实习生。

利用2017年发布的数据集,研究人员构建了一个独立的智能手机显微镜,可以在荧光和暗场成像模式下工作,并将其与价格便宜的Lumina 640智能手机和800万像素的摄像头配对。

他们在自来水中加入了不同数量的铅,含量从百万分之1.37到百万分之175不等。

然后他们加入铬酸盐离子,与铅发生反应形成铬酸铅纳米颗粒。通过比色分析和显微镜观察,这个系统可以检测出纳米颗粒。

分析测量了从纳米颗粒中检测到的强度,并将其与铅浓度相关联,验证了反应是由铅的存在引起的。

混合物被转移到附着在玻片上的聚二甲基硅氧烷板上;干燥后,用去离子水冲洗铬酸盐化合物,对剩余沉淀物进行成像分析。

Shih说,显微镜成像的能力被证明是必不可少的,因为沉淀物的数量太小,无法用无辅助的智能手机摄像头成像,因此无法检测到相对较低水平的铅。

Shih说,关键是要在智能手机显微镜平台上创造有用的消费产品。

他说:“我们想要确定,我们可以做一些有用的事情,从检测EPA标准的铅的角度来看。”

 

责任编辑: 3980SYN

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