منوعات

يطور العلماء مستشعرًا ميسور التكلفة للتلوث بالرصاص

قام مهندسون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة نانيتانج التكنولوجية والعديد من الشركات بتطوير تقنية مدمجة وغير مكلفة لاكتشاف وقياس تركيزات الرصاص في الماء، مما قد يوفر تقدمًا كبيرًا في مكافحة هذه المشكلة الصحية المستمرة على مستوى العالم.

تشير تقديرات منظمة الصحة العالمية إلى أن 240 مليون شخص في جميع أنحاء العالم يتعرضون لمياه الشرب التي تحتوي على كميات خطيرة من الرصاص السام، والتي يمكن أن تؤثر على نمو دماغ الأطفال، وتسبب تشوهات خلقية وتنتج تأثيرات ضارة مختلفة على الأعصاب والقلب وغيرها. وفي الولايات المتحدة وحدها، لا يزال ما يقدر بنحو 10 ملايين منزل يحصل على مياه الشرب من خلال أنابيب الرصاص.

يقول جيا شو بريان سيا، زميل ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسي للورقة التي تصف التكنولوجيا الجديدة: “إنها أزمة صحة عامة لم يتم حلها بعد، وتؤدي إلى أكثر من مليون حالة وفاة سنويًا”.

لكن اختبار الرصاص في الماء يتطلب معدات باهظة الثمن وضخمة وعادة ما يستغرق أيامًا للحصول على النتائج. أو تستخدم شرائط اختبار بسيطة تكشف ببساطة عن إجابة بنعم أو لا حول وجود الرصاص ولكن لا توجد معلومات حول تركيزه. وتتطلب لوائح وكالة حماية البيئة الحالية ألا تحتوي مياه الشرب على أكثر من 15 جزءا في المليار من الرصاص، وهو تركيز منخفض للغاية بحيث يصعب اكتشافه.

يمكن للنظام الجديد، الذي يمكن أن يكون جاهزًا للنشر التجاري في غضون عامين أو ثلاثة أعوام، اكتشاف تركيزات الرصاص منخفضة تصل إلى جزء واحد في المليار، بدقة عالية، باستخدام كاشف شرائح بسيط موجود في جهاز محمول. توفر هذه التقنية قياسات كمية فورية تقريبًا ولا تتطلب سوى قطرة ماء.

تم وصف النتائج في مقال نشر اليوم في المجلة الاتصالات الطبيعيةبقلم سيا وطالب الدراسات العليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسي لويجي رانو والبروفيسور جوجون هو و12 آخرون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤسسات الأكاديمية والصناعية الأخرى.

بحث الفريق عن طريقة كشف بسيطة تعتمد على استخدام الرقائق الضوئية، التي تستخدم الضوء لإجراء القياسات. كان التحدي يتمثل في إيجاد طريقة لربط جزيئات معينة على شكل حلقة تسمى إثيرات التاج، قادرة على التقاط أيونات معينة مثل الرصاص، على سطح الشريحة الضوئية. وبعد سنوات من الجهد، تمكنوا من تحقيق هذا الارتباط من خلال عملية كيميائية تسمى أسترة فيشر. يقول سيا: “هذا أحد التطورات الرئيسية التي حققناها في هذه التكنولوجيا”.

ومن خلال اختبار الشريحة الجديدة، أظهر الباحثون أنها تستطيع اكتشاف الرصاص في الماء بتركيزات منخفضة تصل إلى جزء واحد في المليار. وفي التركيزات الأعلى بكثير، والتي قد تكون ذات صلة باختبار التلوث البيئي مثل مخلفات المناجم، تكون الدقة أقل من 4 بالمائة.

ويعمل الجهاز في الماء بمستويات حموضة مختلفة، تتراوح من 6 إلى 8، “وهو ما يغطي معظم العينات البيئية”، كما يقول سيا. لقد اختبروا الجهاز بمياه البحر وكذلك ماء الصنبور وتحققوا من دقة القياسات.

ومن أجل تحقيق هذه المستويات من الدقة، يتطلب الاختبار الحالي جهازًا يسمى مطياف كتلة البلازما المقترن حثيًا. يقول سيا: “يمكن أن تكون هذه التركيبات ضخمة ومكلفة”. يمكن أن تستغرق معالجة العينات أيامًا وتتطلب موظفين فنيين ذوي خبرة.

على الرغم من أن نظام الرقائق الجديد الذي طوروه هو “الجزء الأساسي من الابتكار”، كما يقول رانو، إلا أنه ستكون هناك حاجة إلى عمل إضافي لتطويره إلى جهاز متكامل يمكن ارتداؤه للاستخدام العملي. ويوضح قائلا: “لصنع منتج فعلي، عليك أن تقوم بتغليفه في شكل قابل للاستخدام”. قد يتضمن ذلك وجود ليزر صغير قائم على شريحة مقترن بشريحة الضوئيات. ويقول: “يتعلق الأمر بالتصميم الميكانيكي، والتصميم البصري، والكيمياء، وتحديد سلسلة التوريد”. ويقول إنه على الرغم من أن الأمر يستغرق وقتًا، إلا أن المفاهيم الأساسية بسيطة.

ويقول رانو إنه يمكن تكييف النظام للكشف عن الملوثات المماثلة الأخرى في الماء، بما في ذلك الكادميوم والنحاس والليثيوم والباريوم والسيزيوم والراديوم. يمكن استخدام الجهاز مع خراطيش بسيطة يمكن تبديلها للكشف عن عناصر مختلفة، كل منها يستخدم إيثرات تاجية مختلفة قليلاً يمكن أن ترتبط بأيون معين.

ويقول رانو: “هناك مشكلة: فالناس لا يقيسون كمية المياه التي يحتاجونها بشكل كافٍ، خاصة في البلدان النامية”. “وهذا لأنه يتعين عليهم جمع المياه وإعداد العينة ونقلها إلى هذه الأدوات الضخمة والمكلفة للغاية.” وبدلاً من ذلك، فإن “امتلاك هذا الجهاز المحمول، وهو جهاز مدمج يمكن حتى للموظفين غير المدربين نقله ببساطة إلى المصدر للمراقبة في الموقع، بتكلفة منخفضة”، يمكن أن يجعل الاختبار المنتظم والمستمر على نطاق واسع ممكنًا.

يقول هيو، أستاذ جون إف إليوت لعلوم وهندسة المواد: “آمل أن يتم تنفيذ هذا بسرعة، حتى نتمكن من إفادة المجتمع البشري. وهذا مثال جيد على التكنولوجيا القادمة من الابتكار المعملي حيث يمكن أن يكون لها في الواقع تأثير ملموس للغاية على المجتمع، وهو بالطبع أمر مجزٍ للغاية. »

ضم الفريق باحثين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وجامعة نانيانغ التكنولوجية، ومختبرات تيماسيك في سنغافورة، وجامعة ساوثهامبتون في المملكة المتحدة، بالإضافة إلى شركة فينغيت تكنولوجيز، وسنغافورة، وشركة فولكان فوتونيكس، التي يقع مقرها الرئيسي في ماليزيا. استخدم العمل مرافق في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT.nano)، ومركز جامعة هارفارد للأنظمة النانوية، ومركز NTU للإلكترونيات الدقيقة والنانوية، ومركز نانيانغ لتصنيع النانو.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى