Un avance móvil para vigilar el medio acuático
Un nuevo sensor multicanal colorimétrico en la plataforma de un teléfono móvil
Las fiables tecnologías de análisis colorimétrico han sido ampliamente elogiadas por sus respuestas altamente sensibles y selectivas frente a diversos contaminantes en la vigilancia del medio ambiente. En principio, el agente cromogénico reacciona selectivamente con el objetivo en las muestras de agua, y el producto coloreado refleja el espectro de absorbancia específico. Obedeciendo a la ley de Lambert-Beer, la absorbancia es proporcional a la concentración de la especie absorbente, proporcionando la base para la detección cualitativa y cuantitativa de contaminantes en muestras de agua. La observación a ojo tiene la ventaja de su bajo coste, pero la precisión es insatisfactoria. El detector fotoelectrónico convencional, como el espectrofotómetro y un lector de microplacas, es caro y, por tanto, difícil de aplicar en entornos con recursos limitados o remotos.
Imagen simbólica
Computer-generated image
Yunpeng Xing, Boyuan Xue, Yongshu Lin, Xueqi Wu, Fang Fang, Peishi Qi, Jinsong Guo, Xiaohong Zhou
El escenario de aplicación de las tecnologías de análisis colorimétrico ha suscitado un gran interés por el equilibrio entre precisión y coste. Teniendo en cuenta tanto la precisión como el coste, el desarrollo de tecnologías de análisis colorimétrico en la plataforma comercial de los teléfonos móviles está atrayendo una gran atención en la monitorización medioambiental debido al bajo coste, la alta flexibilidad, la facilidad de miniaturización y la propiedad generalizada de los teléfonos móviles. En particular, se espera que las extraordinarias ventajas de la tecnología colorimétrica basada en teléfonos móviles aceleren en gran medida las capacidades de análisis medioambiental y sanitario en los países y regiones remotos o menos desarrollados. Sin embargo, la mayoría de los estudios publicados se centraban en la detección colorimétrica de un solo canal, lo que limitaba la eficacia de la detección, especialmente cuando se trataba de contaminantes complejos en muestras de agua.
La investigación sobre sistemas de detección multicanal basados en teléfonos móviles ha despertado un interés creciente, ya que estos sistemas tienen el potencial de detectar simultáneamente múltiples objetivos en una sola medición, y las técnicas implicadas para la evaluación rápida de muestras de agua son rápidas, robustas y baratas. Para hacer realidad la capacidad de detección multicanal, una vía tecnológica dominante consiste en capturar directamente las imágenes colorimétricas de placas de 96 pocillos utilizando la cámara de un teléfono móvil. En todos los casos, la mayoría de las estrategias para mejorar la capacidad de detección del sistema basado en el teléfono móvil se basaban en una fuente de luz monocromática, que carecía de universalidad y flexibilidad frente a distintos contaminantes que presentaban diferentes picos de absorción.
En este trabajo, los investigadores del Instituto Harbin de Tecnología de la Universidad Tsinghua y la Universidad de Chongqing propusieron un sensor multicanal colorimétrico basado en teléfonos móviles para la vigilancia medioambiental del agua. Se utilizó una matriz de LED blancos como luz incidente para iluminar una placa de 96 pocillos. Para mejorar la sensibilidad del sensor, se creó un delicado sistema de recorrido óptico utilizando una rejilla de difracción para dividir seis haces blancos que se transmitían a través de las múltiples muestras de color. La luz transmitida desde los seis pocillos fue recogida por seis fibras ópticas y captada por la cámara de un teléfono móvil tras pasar por una rejilla de difracción, lo que permite a la cámara CMOS del teléfono móvil captar la luz difractada para el análisis de la imagen. La imagen fue capturada por una aplicación de teléfono móvil diseñada a medida para su análisis mediante un algoritmo específico, obteniéndose resultados de detección que se mostraron utilizando la misma aplicación. Este estudio, titulado "A cellphone-based colorimetric multi-channel sensor for water environmental monitoring" (Un sensor multicanal colorimétrico basado en un teléfono móvil para la vigilancia del medio ambiente acuático) se publicó en línea en Frontiers of Environmental Science & Engineering en 2022.
El sensor compacto se probó con éxito para la detección simultánea de varios contaminantes ambientales con un rango de longitud de onda de absorción de 400-700 nm, logrando una alta sensibilidad, especificidad y fiabilidad. Al introducir la rejilla de difracción para dividir la luz, la sensibilidad mejoró más de seis veces en comparación con un sistema que fotografiaba directamente la luz transmitida. Como prueba de concepto satisfactoria, el sensor se utilizó para detectar turbidez, ortofosfato, nitrógeno amoniacal y tres metales pesados simultáneamente con alta sensibilidad. Además, la alta estabilidad (RSD de 0,37%-1,60%) y las excelentes recuperaciones (95,5%-106,0%) demostraron que nuestro sensor puede llevar a cabo una detección precisa en matrices de agua reales.
Debido a las ventajas de su notable rendimiento de detección, bajo coste, fácil manejo, buena portabilidad y medición multiíndice, el sensor en miniatura demostró su capacidad de detección sobre el terreno en la monitorización medioambiental, que puede extenderse al diagnóstico en el punto de atención, el control de la seguridad alimentaria y la alerta temprana de riesgos, etc. En particular, mediante la introducción de materiales de biorreconocimiento, como enzimas, anticuerpos y ácidos nucleicos funcionales, el sensor puede ser más inteligente para detectar trazas de materia orgánica. Además, cabe esperar que esta tecnología permita hasta 96 canales de detección, superando la limitación del volumen o el número de rejillas de difracción.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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