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Les ingénieurs de NUS inventent un dispositif de détection pour smartphone qui détecte rapidement les algues

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Une équipe d'ingénieurs de la National University of Singapore (NUS) a mis au point un système très sensible qui utilise un smartphone pour détecter la présence d'algues produisant des toxines dans l'eau en 15 minutes. Le système peut générer les résultats des tests sur site et rendre compte des résultats en temps réel à l'aide des capacités de communication sans fil du smartphone.

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Selon les chercheurs, cette percée technologique pourrait jouer un rôle important dans la prévention de la propagation de micro-organismes nuisibles dans les milieux aquatiques, qui pourraient menacer la santé publique mondiale et causer des problèmes environnementaux.

L'équipe NUS, dirigée par le professeur adjoint Sungwoo Bae du Département de génie civil et environnemental de la Faculté d'ingénierie de la NUS, a publié les résultats dans la revue scientifique Harmful Algae. méthodes classiques de détection et d'analyse des algues prennent du temps et nécessitent un équipement spécialisé et coûteux, ainsi que des opérateurs qualifiés pour effectuer l'échantillonnage et l'analyse d'eau. Une approche consiste à tester la présence de chlorophylle à l'aide d'instruments complexes qui coûtent plus de 2 000 $.

"À l'heure actuelle, il faut une journée ou plus pour prélever des échantillons d'eau sur un site, les rapporter au laboratoire pour les analyser et en analyser les résultats. Ce long délai n'est pas pratique pour la surveillance des proliférations d'algues, car la gestion des sources de contamination et des eaux affectées pourrait être ralentie", explique Bae.

Pour relever les défis actuels de la surveillance de la qualité de l'eau, M. Bae et son équipe ont mis un an à mettre au point un appareil qui surveille la qualité microbienne de l'eau rapidement et avec grande fiabilité.

L'invention NUS comprend trois sections : une puce microfluidique, un téléphone intelligent et une plate-forme imprimée en 3D personnalisable qui contient des composants optiques et électriques tels qu'une source d'alimentation portable et une lampe LED.

La puce est d'abord revêtue d'oxyde de titane phtalocyanine, un type de matériau photoconducteur à base de polymère. La couche photoconductrice guide les gouttelettes d'eau le long de la puce pendant le processus d'analyse.

La puce revêtue est ensuite placée sur l'écran d'un smartphone, qui projette un motif de zones claires et sombres sur la puce. Lorsque des gouttelettes de l'échantillon d'eau sont déposées sur la surface de la puce, une différence de chute de tension, créée par les zones claires et sombres éclairées sur la couche photoconductrice, modifie la tension superficielle des gouttelettes d'eau. Les gouttelettes d'eau se déplacent ainsi vers les zones sombres éclairées. Ce mouvement induit le mélange des gouttelettes d'eau avec un produit chimique qui tache les cellules d'algues présentes dans l'échantillon d'eau. Le mélange est guidé par les motifs lumineux vers la caméra du smartphone.

Ensuite, une source lumineuse LED et un filtre vert intégrés dans la plate-forme imprimée en 3D, près de l'appareil photo du smartphone, créent les conditions appropriées pour que l'appareil photo capture des images fluorescentes des algues colorées. Les images peuvent être envoyées à une application sur le smartphone pour compter le nombre de cellules d'algues présentes dans l'échantillon. Les images peuvent également être envoyées sans fil à un autre endroit via le smartphone pour quantifier le nombre de cellules d'algues. L'ensemble du processus d'analyse peut être réalisé en 15 minutes.

L'appareil portable coûte moins de 220 $, à l'exclusion du téléphone intelligent, et pèse moins de 600 grammes. Le kit de test est également très sensible, ne nécessitant qu'un petit échantillon d'eau pour générer des résultats fiables.

L'équipe de recherche du NUS a testé son système en utilisant des échantillons d'eau prélevés en mer et dans les réservoirs. Les échantillons d'eau ont été filtrés et enrichis de quantités spécifiques de quatre différents types d'algues productrices de toxines - deux types d'algues d'eau douce, C. reinhardtii et M. aeruginosa, et deux types d'algues marines, Amphiprora sp et C. closterium. Des expériences utilisant le nouvel appareil et un hémocytomètre, une technique standard de comptage cellulaire couramment utilisée pour la surveillance de la qualité de l'eau, ont été menées pour vérifier la présence d'algues.

Le système smartphone a pu détecter les quatre types d'algues avec une précision de 90%, comparable aux résultats générés par l'hémocytomètre.