ชุดทดสอบแบบพกพาสำหรับสมาร์ทโฟน ตรวจจับการปนเปื้อนของอุจจาระในน้ำได้ภายในเวลาไม่ถึงหนึ่งนาที

ผู้คนหลายล้านคนทั่วโลกยังคงดื่มน้ำโดยไม่รู้ว่าน้ำนั้นมีส่วนประกอบอะไรบ้าง ในบริบทนี้ กลุ่มนักวิจัยจาก สถาบันวิจัยและทดสอบวัสดุแห่งสหพันธรัฐเยอรมนี (BAM) ได้พัฒนาชุดทดสอบแบบรวดเร็วที่สัญญาว่าจะทำให้การควบคุมคุณภาพน้ำขั้นพื้นฐานง่ายขึ้นมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยใช้สิ่งที่เป็นเรื่องธรรมดาอย่างเช่นสมาร์ทโฟน

ระบบใหม่นี้สามารถตรวจจับได้ การปนเปื้อนของอุจจาระในน้ำเกิดขึ้นได้ภายในเวลาไม่ถึงหนึ่งนาทีทำงานได้ด้วยตัวอย่างเพียงหยดเดียวและไม่ต้องใช้ห้องปฏิบัติการ หัวใจสำคัญอยู่ที่อุปกรณ์เสริมขนาดเล็กที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งสามารถติดเข้ากับโทรศัพท์มือถือและแอปพลิเคชันที่สามารถวิเคราะห์ภาพตัวอย่างและให้ผลลัพธ์ได้เกือบจะในทันที

ชุดทดสอบแบบพกพาที่เปลี่ยนโทรศัพท์มือถือของคุณให้เป็นเครื่องมือวิเคราะห์

อุปกรณ์นี้ทำงานบนหลักการง่ายๆ คือ การใช้ประโยชน์จาก... กล้องสมาร์ทโฟนเป็นเซ็นเซอร์เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ นักวิจัยได้ออกแบบอุปกรณ์เสริมที่มีน้ำหนักเบา ซึ่งผลิตโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ โดยอุปกรณ์นี้จะติดตั้งบนโทรศัพท์และทำหน้าที่เป็นฐานรองสำหรับตัวอย่างน้ำและส่วนประกอบทางเคมีที่ทำปฏิกิริยากับยูโรบิลิน

ยูโรบิลินคือ ตัวบ่งชี้ที่เกี่ยวข้องกับการปนเปื้อนของอุจจาระ ซึ่งเมื่อทำปฏิกิริยากับสารเคมีบางชนิด จะช่วยให้สามารถระบุสารตกค้างทางชีวภาพในน้ำได้ การทดสอบที่พัฒนาโดย BAM ได้รับการปรับเทียบให้ตรวจจับสารประกอบนี้ได้ที่ความเข้มข้นต่ำมาก ทำให้มีประโยชน์ในฐานะสัญญาณเตือนล่วงหน้าในกรณีที่น้ำอาจไม่เหมาะสมสำหรับการบริโภคของมนุษย์

ขั้นตอนนั้นง่ายมาก: หยดน้ำลงบนจุดวัดของอุปกรณ์ จากนั้นติดโมดูลเข้ากับสมาร์ทโฟน และถ่ายภาพโดยใช้แอปพลิเคชันเฉพาะ จากภาพนี้ ซอฟต์แวร์จะวิเคราะห์ความเข้มของสัญญาณที่เกิดจากปฏิกิริยากับยูโรบิลินและให้ผลลัพธ์ สามารถตีความผลลัพธ์ได้ภายในไม่กี่วินาทีโดยไม่ต้องส่งสิ่งใดๆ ไปยังห้องปฏิบัติการส่วนกลาง

ระบบดังกล่าวได้รับการอธิบายไว้ในวารสารทางวิทยาศาสตร์แล้ว เซนเซอร์ ACSรายงานฉบับนี้ให้รายละเอียดทั้งด้านการออกแบบทางแสงของอุปกรณ์เสริมที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ และอัลกอริธึมการวิเคราะห์ภาพ เป้าหมายของนักวิจัยคือการทำให้ชิ้นส่วนประกอบนี้มีต้นทุนการผลิตต่ำ ผลิตซ้ำได้ง่าย และมีความทนทานเพียงพอสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมจริงนอกห้องปฏิบัติการ

ความแตกต่างที่สำคัญจากการทดสอบในห้องปฏิบัติการแบบดั้งเดิม

วิธีการทางจุลชีววิทยาแบบดั้งเดิมสำหรับการตรวจสอบคุณภาพน้ำมักเกี่ยวข้องกับการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์หรือเทคนิคการวิเคราะห์ขั้นสูงที่ต้องใช้... อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการ บุคลากรที่มีคุณสมบัติ และเวลารอคอยสูงสุด 24 ชั่วโมง เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้ ซึ่งจะทำให้ต้นทุนของกระบวนการสูงขึ้นและทำให้การตัดสินใจด้านสุขภาพล่าช้า โดยเฉพาะในสถานการณ์ฉุกเฉิน

การทดสอบสมาร์ทโฟนแบบพกพารุ่นใหม่ช่วยลดเวลาเหล่านั้นลงได้อย่างมาก: การอ่านใช้เวลาน้อยกว่าหนึ่งนาที นับตั้งแต่หยดน้ำลงบนอุปกรณ์ทดสอบ แม้ว่าจะไม่ได้มีจุดประสงค์เพื่อทดแทนวิธีการตรวจวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการอ้างอิงโดยสมบูรณ์ แต่ก็เป็นเครื่องมือคัดกรองอย่างรวดเร็วที่มีประโยชน์มากในการตัดสินใจว่าจำเป็นต้องทำการวิเคราะห์เพิ่มเติมหรือไม่

นอกจากปัจจัยด้านเวลาแล้ว ต้นทุนและโลจิสติกส์ก็เป็นอีกปัจจัยสำคัญเช่นกัน ในขณะที่การวิเคราะห์แบบดั้งเดิมต้องส่งตัวอย่าง รักษาห่วงโซ่การควบคุม และเสียค่าใช้จ่ายในการขนส่งและการประมวลผล อุปกรณ์นี้สามารถใช้งานได้ ณ จุดเก็บตัวอย่างได้เลย ต้นทุนการดำเนินงานอาจต่ำ เมื่อติดตั้งอุปกรณ์เสริมและแอปพลิเคชันลงในโทรศัพท์เรียบร้อยแล้ว

ทั้งหมดนี้เปิดโอกาสให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในวิธีการจัดการตรวจสอบคุณภาพน้ำ ทำให้สามารถวัดค่าได้มากขึ้นโดยใช้ทรัพยากรน้อยลง และทำให้สามารถควบคุมได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องพึ่งพาการเก็บตัวอย่างแบบแยกส่วนเพียงอย่างเดียว ซึ่งมักจะพลาดการตรวจพบมลพิษในปริมาณมากในบางจุด

การประยุกต์ใช้ในสถานการณ์ฉุกเฉิน พื้นที่ชนบท และบริบทที่มีทรัพยากรจำกัด

ประโยชน์ของระบบดังกล่าวจะเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษในบริบทที่การเข้าถึงห้องปฏิบัติการทำได้ยากหรือไม่สามารถเข้าถึงได้เลย ในระหว่าง น้ำท่วมและภัยพิบัติทางธรรมชาติ ในกรณีที่เกิดการปนเปื้อนอย่างฉับพลัน การสามารถตรวจสอบได้ภายในไม่กี่วินาทีว่าน้ำมีสัญญาณของการปนเปื้อนอุจจาระหรือไม่นั้น มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการป้องกันการระบาดของโรค

ในพื้นที่ชนบทของยุโรป ลาตินอเมริกา หรือแอฟริกา ที่ระบบสุขาภิบาลมีจำกัดหรือไม่เป็นระบบ หน่วยงานท้องถิ่น องค์กรพัฒนาเอกชน และแม้แต่ชุมชนที่จัดตั้งขึ้น สามารถใช้การทดสอบประเภทนี้เพื่อ... ตรวจสอบคุณภาพของบ่อน้ำ น้ำพุ และระบบจ่ายน้ำขนาดเล็ก โดยไม่ต้องเดินทางไปยังเมืองใหญ่ๆ

อีกหนึ่งการประยุกต์ใช้ที่เห็นได้ชัดคือ การเฝ้าระวังด้านสิ่งแวดล้อมในแม่น้ำ ทะเลสาบ และพื้นที่ชายฝั่ง อุปกรณ์พกพาที่ใช้งานง่ายจะช่วยให้สามารถเฝ้าระวังและเก็บรวบรวมข้อมูลได้บ่อยขึ้น ทำให้ตรวจจับการรั่วไหล ความล้มเหลวของโรงบำบัดน้ำเสีย หรือปัญหาเกี่ยวกับโครงสร้างพื้นฐานด้านสุขาภิบาลได้ง่ายขึ้น ก่อนที่จะกลายเป็นวิกฤตด้านสาธารณสุข

สำหรับหน่วยงานและองค์กรบริหารจัดการน้ำ การมี ผลลัพธ์แบบเรียลไทม์ใกล้เคียง สิ่งนี้สามารถช่วยเพิ่มขีดความสามารถในการตอบสนองได้อย่างมาก ตัวอย่างเช่น ช่วยให้สามารถบังคับใช้มาตรการจำกัดการบริโภค การแจ้งเตือนสาธารณะ หรือการตรวจสอบอย่างละเอียดมากขึ้นเมื่อตรวจพบค่าที่น่าสงสัย

ความสามารถในการขยายขนาดด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติและโอกาสในการสร้างสรรค์นวัตกรรม

หนึ่งในองค์ประกอบที่ทำให้โครงการนี้น่าสนใจเป็นพิเศษคือ อุปกรณ์เสริมชิ้นนี้ผลิตโดย พิมพ์ 3Dนี่หมายความว่า อย่างน้อยในทางทฤษฎี องค์กรต่างๆ สามารถผลิตอุปกรณ์ดังกล่าวได้ในระดับท้องถิ่นโดยไม่จำเป็นต้องมีโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ หากมีแบบแผนและข้อกำหนดที่จำเป็นครบถ้วน

แนวทางนี้เปิดโอกาสให้เกิดโมเดลการผลิตแบบกระจายศูนย์ ซึ่งมหาวิทยาลัย พื้นที่สร้างสรรค์ ธุรกิจขนาดเล็ก หรือสถาบันของรัฐสามารถพิมพ์อุปกรณ์เสริมได้ตามความต้องการในภูมิภาคของตน ตัวอย่างเช่น ในยุโรป เมืองและศูนย์วิจัยหลายแห่งมีโครงสร้างพื้นฐานการพิมพ์ 3 มิติอยู่แล้ว ซึ่งจะช่วยอำนวยความสะดวกได้ ทดสอบและปรับแต่งอุปกรณ์ ในบริบทที่แตกต่างกัน

ระบบนิเวศของผู้ประกอบการที่เชื่อมโยงกับสุขภาพสิ่งแวดล้อมและเทคโนโลยีโทรศัพท์มือถือก็สามารถเติบโตได้ดีเช่นกัน โดยสามารถสร้างบริการต่างๆ บนพื้นฐานของการทดสอบประเภทนี้ได้ แพลตฟอร์มการตรวจสอบตามพิกัดทางภูมิศาสตร์ ระบบเตือนภัยล่วงหน้า และแอปพลิเคชันการจัดการข้อมูล ซึ่งช่วยให้หน่วยงานและองค์กรต่างๆ สามารถมองเห็นสถานการณ์น้ำบนแผนที่ได้แบบเรียลไทม์

แม้ว่าการพัฒนาจะเริ่มต้นจากสภาพแวดล้อมการวิจัย แต่ก็สามารถมองเห็นความเป็นไปได้ในการร่วมมือกับสตาร์ทอัพด้านเทคโนโลยีสุขภาพ บริษัทน้ำประปา ผู้ให้บริการโทรคมนาคม หรือหน่วยงานภาครัฐที่สนใจในการเสริมสร้างความมั่นคงด้านการจัดหาน้ำ ไม่ว่าในกรณีใด จำเป็นต้องสร้างสมดุลระหว่างผลประโยชน์ทางการค้ากับความสามารถในการเข้าถึงในภูมิภาคที่มีงบประมาณสำหรับการควบคุมคุณภาพจำกัดมาก

ความท้าทายที่สำคัญ: ความน่าเชื่อถือในการใช้งานจริง กฎระเบียบ และการนำไปใช้ในวงกว้าง

เช่นเดียวกับเทคโนโลยีใหม่ๆ ทุกชนิด การทดสอบสมาร์ทโฟนอย่างรวดเร็วนี้ก็ยังคงต้องพิจารณาอีกหลายอย่าง ความท้าทายหลายประการรออยู่ข้างหน้า ก่อนที่จะกลายเป็นเครื่องมือที่ใช้ในชีวิตประจำวัน ขั้นตอนสำคัญอย่างหนึ่งคือการตรวจสอบประสิทธิภาพภายใต้สภาวะการใช้งานจริง นอกเหนือจากสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ในห้องปฏิบัติการซึ่งทำการทดสอบเบื้องต้น

ในพื้นที่ธรรมชาติ อาจพบน้ำได้ ระดับความขุ่น ค่า pH อุณหภูมิ และการมีอยู่ของสารอื่นๆ ที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจรบกวนการตรวจจับยูโรบิลินหรือคุณภาพของภาพที่ถ่ายโดยกล้องโทรศัพท์มือถือ การตรวจสอบประสิทธิภาพของระบบในสถานการณ์ต่างๆ เหล่านี้จะเป็นกุญแจสำคัญในการรับประกันผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้และป้องกันการแจ้งเตือนที่ผิดพลาดหรือความรู้สึกปลอดภัยที่ผิดพลาด

อีกประเด็นสำคัญคือการรับรอง สำหรับการทดสอบประเภทนี้ที่จะนำไปใช้ในยุโรปหรือดินแดนอื่นๆ อย่างเป็นทางการ จะต้องผ่านกระบวนการประเมินและอนุมัติจากหน่วยงานที่เกี่ยวข้องเสียก่อน หน่วยงานด้านสุขภาพและหน่วยงานกำกับดูแลขั้นตอนนี้อาจใช้เวลานาน แต่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งเพื่อให้ผลลัพธ์ได้รับการยอมรับในบริบทการเฝ้าระวังอย่างเป็นทางการ

ท้ายที่สุดแล้ว การนำไปใช้งานอย่างแพร่หลายจะขึ้นอยู่กับทั้งต้นทุนสุดท้ายของอุปกรณ์เสริมและการใช้งาน รวมถึงระดับการฝึกอบรมที่จำเป็นในการใช้งานอย่างถูกต้อง แม้ว่าการใช้งานขั้นพื้นฐานอาจดูง่าย แต่ก็มีแนวโน้มที่จะต้องมีการฝึกอบรมเพิ่มเติม มีระเบียบปฏิบัติที่ชัดเจนสำหรับการใช้งาน การบำรุงรักษา และการสอบเทียบรวมถึงกลไกการสนับสนุนและการอัปเดตซอฟต์แวร์เพื่อให้มั่นใจว่าอุปกรณ์จะยังคงใช้งานได้อย่างน่าเชื่อถือตลอดเวลา

แม้จะมีสิ่งที่ไม่แน่นอนอยู่บ้าง แต่การผสมผสานระหว่างอุปกรณ์ที่แพร่หลายอย่างสมาร์ทโฟนกับอุปกรณ์เสริมราคาประหยัดและการพิมพ์ 3 มิติ ชี้ให้เห็นถึงสถานการณ์ที่การตรวจสอบอย่างรวดเร็วว่าน้ำมีสิ่งปนเปื้อนจากอุจจาระหรือไม่ อาจเข้าถึงได้ง่ายและบ่อยขึ้นกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน ทั้งในยุโรปและภูมิภาคอื่นๆ ที่มีทรัพยากรน้อยกว่า