基于激光的超聲波檢測數小時識別水中致命細菌

圖像：WaterSpy系統使用激光，光電探測器和超聲波技術在數小時內識別水中的致命細菌，而不是幾天。 （圖片來源：WaterSpy.eu）

　　由Photonics PPP Horizon 2020資助的水安全項目“WaterSpy”開發了一種便攜式激光水質分析儀，用于水分配網絡的關鍵點，在數小時內提供關于致命細菌的讀數，而不是天。 根據2017年世界衛生組織（WHO）的報告，盡管歐洲各水公司對合規性進行高度監測，但致命的疾病暴發是常見事件。 監測三種最致命的細菌-大腸桿菌，沙門氏菌和銅綠假單胞菌  -在飲用水中可能需要3天，結果通常在暴露后發生。

　　隨著其原型準備就緒，WaterSpy團隊將在Genova的兩個地點進行設備測試：普拉托水處理廠和Genova配水管網的入口點。 由于污染物濃度可能非常低，這種致命的三重奏往往難以發現。 目前的過程涉及采集水樣并將其送到遠程實驗室，并且細菌痕跡通常非常小，需要24小時的時間來讓病原體培養。

　　“大多數水務公司，”協調組織經理Alessandro Giusti（博士）解釋說：“如果他們現在就像現在一樣繼續進行，將難以滿足這些新的嚴格法律。 目前用于細菌診斷的技術非常緩慢，而且一些更快的仍然不夠精確，因此需要新的技術，比如WaterSpy。“

　　采用最新的光子學技術，該設備  -結合了新型光電探測器和超聲波粒子操縱的激光配置  -適用于在線，現場測量。 “盡管從您的水龍頭出來的水在達到您之前是安全的，但水務公共事業機構和監管機構非常依賴頻繁的采樣和實驗室分析，這既耗時又昂貴，WaterSpy打算加速這一過程，我們的設備速度是史無前例的：完整的樣品分析需要6個小時才能完成，因此將其與現有方法所需的2-3天進行比較，我們預計結果為12比現行標準快了許多倍，WaterSpy相對便宜，并且在特異性和靈敏度方面將符合新的監管要求。“

　　它首先收集細菌的微量痕跡，然后用激光檢測它們。 “不幸的是，”Giusti說，“水本身是一種非常強烈的紅外光吸收劑，必須采用特殊技術。” 同樣，當應用聲波時，沙子會在聚集的瓷磚表面形成共鳴圖案，超聲波用于聚集水樣中的細菌，以提高檢測和靈敏度。 然后，WaterSpy設備通過采用稱為衰減全反射（ATR）的測量技術來檢測細菌，使樣品能夠直接以液態進行檢測。

　　紅外光束被送入水流過的鉆石中。 然后，IR光在與水樣接觸的內表面上反射，然后由檢測器在離開晶體時收集。

　　由塞浦路斯研究與創新中心有限公司CyRIC協調，WATERSPY聯盟根據H2020資助計劃獲得了歐盟委員會的資助。 Waterspy由9個合作伙伴組成，參與者來自7個不同的歐洲國家：（意大利）Consiglio Nazionale Delle Ricerche； IREN SPA； （瑞士）Alpes Lasers SA； （希臘）雅典國立技術大學； AUG Signals Hellas技術開發與應用； （奧地利）維也納技術大學； （波蘭）Vigo Systems SA； （德國）弗里德里希  -亞歷山大大學埃爾蘭根紐倫堡。