黑科技！智能手機結合噴墨印表機部件 就能測出水中十億分之五的鉛含量

研究人員製造了一種獨立的智能手機顯微鏡，可以在熒光和暗場成像模式下工作，並將其與價格便宜的Lumina 640智能手機和800萬像素的攝像頭配對。

密歇根州弗林特市的飲用水中發現的鉛重新引起了人們對鉛危害健康的關注。2016年，哈佛大學的研究團隊稱，美國飲用水中某些化學物質的毒性超出了聯邦政府規定的飲用水標準，約600萬人口受影響。

他們表示，密歇根州弗林特市各地區及其他地方的飲用水中發現鉛含量過多，這一結果令人震驚。

現在，休斯頓大學的研究人員發明了一種便宜的系統，使用的是用智能手機和噴墨印表機製成的鏡頭，這種系統可以檢測到自來水中的鉛含量，鉛含量過高通常被認為是危險的。

(圖源：University of Houston)

該系統建立在電子與計算機工程副教授Wei-Chuan Shih和他的實驗室成員早期工作的基礎上，包括發現了一種廉價的彈性體鏡片，可以把一台基本的智能手機變成顯微鏡。

這一最新發現發表在《分析化學》(Analytical Chemistry)雜誌上。

該發現將納米比色法與暗場顯微鏡相結合，並集成到智能手機顯微鏡平台上，用以檢測鉛含量低於美國國家環境保護局(Environmental Protection Agency)設定的安全閾值。

研究人員寫道:「智能手機納米比色法快速、低成本，並且有潛力讓普通市民在任何環境下都能按需檢測飲用水中的(鉛)含量。」

即使是少量的鉛也會導致嚴重的健康問題，尤其是年幼的兒童，容易受到神經損傷。

美國環境保護署(EPA)的標準要求飲用水中的鉛含量必須低於十億分之十五，Shih說，目前可用的消費者檢測試劑盒還不夠靈敏，無法準確地在十億分之十五的水平檢測到鉛含量。

通過使用配有噴墨列印鏡頭的廉價智能手機，以及使用暗場成像模式，研究人員能夠製造出一種既便攜又易於操作的系統，並且能夠檢測出自來水中每十億分之五的鉛濃度。

在去離子水中，靈敏度達到十億分之1.37。

Shih和他的學生去年在《生物醫學光學快報》(Biomedical Optics Express)上發表了一份開源數據集，解釋了如何將一款配備彈性體鏡頭的智能手機轉化為能夠進行熒光顯微鏡觀察的顯微鏡。

這篇論文是這份期刊中自發表以來下載次數最多的論文。

最新的應用包括使用顏色分析來檢測納米級的鉛粒子。

除了Shih之外，該項目的研究人員還包括第一作者Hoang Nguyen和Yulung Sung、凱利·奧肖內西(Kelly O』shaughnessy)和Xiaonan Shan，他們都在休斯頓大學(UH)的電子與計算機工程系。

其中，奧肖內西是美國國家科學基金會(National Science Foundation)本科生研究經歷項目下屬的辛辛那提大學(University of Cincinnati)暑期實習生。

利用2017年發布的數據集，研究人員構建了一個獨立的智能手機顯微鏡，可以在熒光和暗場成像模式下工作，並將其與價格便宜的Lumina 640智能手機和800萬像素的攝像頭配對。

他們在自來水中加入了不同數量的鉛，含量從百萬分之1.37到百萬分之175不等。

然後他們加入鉻酸鹽離子，與鉛發生反應形成鉻酸鉛納米顆粒。通過比色分析和顯微鏡觀察，這個系統可以檢測出納米顆粒。

分析測量了從納米顆粒中檢測到的強度，並將其與鉛濃度相關聯，驗證了反應是由鉛的存在引起的。

混合物被轉移到附著在玻片上的聚二甲基硅氧烷板上;乾燥後，用去離子水沖洗鉻酸鹽化合物，對剩餘沉澱物進行成像分析。

Shih說，顯微鏡成像的能力被證明是必不可少的，因為沉澱物的數量太小，無法用無輔助的智能手機攝像頭成像，因此無法檢測到相對較低水平的鉛。

Shih說，關鍵是要在智能手機顯微鏡平台上創造有用的消費產品。

他說:「我們想要確定，我們可以做一些有用的事情，從檢測EPA標準的鉛的角度來看。」

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