По данным Всемирной организации здравоохранения (2012 г.), около 780 миллионов человек - примерно каждый девятый - не имеют доступа к чистой воде, а 3,4 миллиона человек умерли в результате загрязнения воды, причем 99% из них смертей в развивающихся странах (2008 г.). И пока сообщества и организации борются за улучшение качества питьевой воды в этих районах, могут потребоваться методы обнаружения загрязнителей воды, чтобы определить, является ли водоснабжение безопасным. Опираясь на образцы бактерий, вырабатывающих электричество, и на технологию 3D-печати, исследователи с факультета химического машиностроения Университета Бата разработали недорогое решение этой проблемы, не требующее дорогостоящего лабораторного оборудования.
Совместно с Бристольской лабораторией робототехники Университета Западной Англии ученые Бата разработали недорогой датчик для непрерывного мониторинга качества воды в озерах и реках. Датчик содержит микробный топливный элемент, вручную встроенный в слои, напечатанные на 3D-принтере, который производит устойчивый поток электричества, поскольку бактерии внутри питаются и растут; однако при попадании загрязняющего вещества электрический ток уменьшается, сигнализируя о загрязнении воды.
Исследователи объясняют в своем отчете, опубликованном в Biosensors and Bioelectronics, что современные методы проверки качества воды включают использование рыбы или дафний, что является дорогостоящим, трудоемким и иногда ненадежным процессом. В противном случае можно внедрить масс-спектрометрию, но из-за необходимого оборудования и опыта развивающимся странам будет трудно ее внедрить. С помощью своего недорогого решения ученые из Бата смогли обнаружить следы кадмия, загрязняющего вещества, производимого электронной промышленностью, в количествах ниже допустимых безопасных уровней, продемонстрировав чувствительность своего устройства.
Доктор. Мирелла Ди Лоренцо, преподаватель химического машиностроения в Бате и ведущий автор исследования, уточнила: «Когда бактерии питаются микробным топливным элементом, они преобразуют химическую энергию в электрическую энергию, которую мы можем измерить. Мы обнаружили, что когда мы вводили загрязняющие вещества в воду, производившийся ими электрический ток немедленно снижался. Падение было пропорционально количеству присутствующего токсина, и ток восстанавливался после падения уровня токсина. Это означает, что мы можем отслеживать уровень загрязняющих веществ в воде в режиме реального времени без необходимости брать несколько проб и доставлять их в лабораторию. Поскольку в этой системе используются живые бактерии, она действует как канарейка в шахте, показывая, как эти химические вещества влияют на живые организмы.”
Следующим шагом для Ди Лоренцо и ее команды является проверка их датчика на токсины, отличные от кадмия, и разработка методов для одновременного обнаружения нескольких загрязняющих веществ. В отчете пока не указано, когда такое устройство может быть использовано в полевых условиях. В нем также не упоминается, может ли он использоваться в развитых странах с опасной производственной практикой.