Forskere udvikler meget nøjagtige sensorer til E. coli-risikodetektering

Forskere ved CU Boulder har udviklet og valideret en ny sensor til E. coli-risikodetektering, der har en imponerende 83 % nøjagtighed ved detektering af forurening i overfladevand.

Resultaterne blev for nylig offentliggjort i Water Research og kunne forbedre detektion af en række forurenende stoffer hurtigt og effektivt i vandsystemer rundt om i verden og i Amerika.

Emily Bedell (Ph.D.EnvEngr'22) er hovedforfatter på papiret fra Mortenson Center i Global Engineering. Hun sagde, at omkring to milliarder mennesker verden over bruger en drikkevandskilde, der har et vist niveau af fækalt stof i sig og kan forårsage sundhedsproblemer lige fra diarré til hæmmet vækst - især hos små børn.

"Omkring 60% af alle diarrédødsfald er relateret til vandkvaliteten globalt," sagde hun. "Dette er et reelt problem, men de nuværende metoder til at finde afføring i drikkevand er dyre, har høje adgangsbarrierer som omfattende træningskrav eller kan tage omkring 24 timer at give resultater. Vi har opfundet en sensor kombineret med en maskinlæringsmodel, der bruger fluorescens til at vise fækale kontamineringsspidser i realtid."

Både sensor- og maskinlæringsmodelkombinationen er blevet godkendt til patent af U.S. Patent Office.

Bedell sagde, at fluorescens virker ved at skinne en UV LED-lyskilde på en vandprøve og måle mængden af ​​lys, der absorberes og genudsendes ved en højere bølgelængde. Den information kan hurtigt vise potentiel forurening, men den er følsom over for mange miljømæssige og fysiske faktorer såsom prøvetemperatur, som forårsager støj i dataene og gør det vanskeligt at fortolke.

"Vi bruger maskinlæringsteknikker til at skære igennem den støj for bedre at opdage uregelmæssigheder," sagde Bedell.

Hurtig og nøjagtig vurdering af vandkvaliteten er et voksende behov – ikke kun i lavindkomstlande, men i situationer som Flint, Michigan-vandkrisen, hvor borgere blev udsat for farlige niveauer af bly fra dårlige regeringspolitikker.

Professor Evan Thomas, direktør for Mortenson Center, er medforfatter på papiret. Han sagde, at klimaændringer også er en faktor i denne diskussion, da hyppigere strømafbrydelser kan påvirke behandlingsanlæggets drift og hårdt vejr kan forurene kritiske vandkilder.

"Vi får brug for flere data om vandkvalitet, og vi har brug for, at de er bredt tilgængelige," sagde han. "At tage målinger en gang om dagen vil ikke være nok til at sikre, at vi modtager vand, der ikke har hverken biologiske eller kemiske forureninger, som kan skade os på både kort og lang sigt."

Bedell er nu ansat som ingeniør for Virridy i Boulder og arbejder på at fremme teknologien yderligere. Ideelt set vil det fungere i samarbejde med et større hjemmebehandlingssystem for dem, der bruger en privat brønd - hvor vandkvaliteten ikke er reguleret af EPA - til deres drikkevand.

"Denne sensor vil være en miniaturiseret version af designet bygget i dette papir og vil blive installeret på et hus hovedvandledning, der kommer fra brønden," sagde hun. "Sensorens data vil blive sendt gennem brugerens WiFi til en online database, hvor maskinlæringsmodellen vil blive anvendt til at forudsige risikoniveauet og sende informationen til en mobilapp, der vil advare brugeren, hvis der opdages kontaminering."

Bedell sagde, at hun altid har været interesseret i skæringspunkterne mellem teknik, miljø og social lighed, og dette forskningsprojekt bragte virkelig disse aspekter sammen i løbet af hendes tid med Mortenson Center.

"Vandkvalitetsforskning rammer alle de punkter på så mange måder. Med flere data kan vi eksplicit pege på, hvordan og hvornår samfund bliver skadet gennem miljømæssige uretfærdigheder, så de politikker og praksisser, der er indført, som forårsagede skaden, kan adresseres." hun sagde. + Udforsk yderligere

Undersøgelse forbinder fracking, drikkevandsforurening og spædbørns sundhed