Для многих населённых пунктов вопрос безопасности водоснабжения остаётся нерешённым. Наличие чистой на вид воды в ручье или из водопровода не исключает наличия опасных примесей. Обычные методы анализа нередко требуют нескольких часов или даже целые сутки, что препятствует оперативной реакции при возникновении инцидентов. Подобное ожидание может увеличить вероятность негативного влияния загрязняющих веществ на здоровье людей и затруднить работу специалистов в области здравоохранения.
Обеспечение доступа к качественному анализу воды остаётся неравномерным на глобальном уровне. Во многих регионах отсутствует необходимая лабораторная база и квалифицированные специалисты. Даже в развитых государствах задержки с проведением исследований могут создавать проблемы во время наводнений, штормов или аварий на объектах инфраструктуры. Своевременные результаты часто играют ключевую роль, особенно в подобных ситуациях.
Немецкие ученые представили портативное устройство, способное определять наличие загрязнений менее чем за минуту, используя всего одну каплю воды и смартфон. Новая методика экспресс-тестирования, разработанная в Федеральном институте исследований и испытаний материалов (BAM), призвана восполнить существующий дефицит в этой области. Она позволяет выявлять уробилин – соединение, связанное с продуктами жизнедеятельности человека и животных. Уробилин образуется в организме в процессе распада гемоглобина и выводится при экскреции. Его обнаружение в воде указывает на возможное загрязнение и помогает определить потенциально опасные источники.
Система основана на использовании тест-полоски, меняющей цвет при контакте с молекулой уробилина. Благодаря этому оптическому сигналу пользователи могут быстро определить наличие загрязнения – всего за несколько секунд. Такой подход позволяет избежать длительного времени ожидания, свойственного стандартным микробиологическим исследованиям, и снижает необходимость обращения в централизованные лаборатории.
Устройство подключается непосредственно к смартфону, что исключает потребность в отдельных инструментах. Небольшой светодиодный модуль, установленный в адаптере, изготовленном с помощью 3D-печати, подключается к устройству. Светящийся элемент питается от телефона, а камера в режиме реального времени запечатлевает свечение полоски. Проведение теста основано на простом принципе: достаточно одной капли воды, помещенной на полоску, и результата можно наблюдать через экран телефона. Система не предполагает использования дополнительных химических веществ или этапов подготовки, что упрощает её применение в удаленных или условиях с ограниченными ресурсами.
В ходе проверочных испытаний метод продемонстрировал высокую чувствительность и надёжность. Он позволяет выявлять незначительные концентрации уробилина, что делает его действенным для раннего обнаружения признаков загрязнения. Кроме того, конструкция минимизирует возможность ошибки пользователя, которая может искажать результаты, получаемые при использовании традиционных способов тестирования. По словам Сваяма Пракаша, который совместно с Кнутом Рураком разработал экспресс-тест, система успешно прошла практические испытания: быстрый тест был подтверждён с использованием реальных образцов воды, взятых из рек, а также на входе и выходе берлинской очистной станции сточных вод. Даже в сложных условиях окружающей среды, при наличии естественных веществ, мешающих анализу, уробилин надёжно обнаруживался.
Благодаря портативности система подходит для работы в полевых условиях, оперативного реагирования и развертывания в сельской местности. Она способна обеспечивать мониторинг водных ресурсов в развивающихся регионах и зонах кризиса, где затруднён доступ в лаборатории. Аварийно-спасательные службы и местные организации смогут использовать её для более оперативной оценки ситуации непосредственно на месте. Технология также позволяет проводить цифровую оценку: полученные данные можно хранить, анализировать или незамедлительно передавать. Данная возможность способствует созданию более масштабных сетей мониторинга и повышает эффективность координации реагирования. Компактность и удобство использования позволяют применять систему в мобильных программах мониторинга и для быстрой оценки обстановки.
Ученые полагают, что данная платформа обладает большим потенциалом. Сочетание скорости, высокой чувствительности и простоты использования может стимулировать будущие инновации в сфере экологического мониторинга. Аналогичный подход можно адаптировать для выявления других биомаркеров, что позволит расширить возможности контроля за состоянием здоровья населения.