Пирс, который одновременно работает доцентом кафедры материаловедения и инженерии, а также электротехники и вычислительной техники, руководит открытой лабораторией технологий устойчивого развития в Мичиганском технологическом университете. Вместе со своими учениками Пирс создал портативное устройство с трехмерным принтером и оборудованием с открытым исходным кодом в сотрудничестве с Nitrate Elimination Company, Inc. (NECi). Эта небольшая машина заменяет аналогичные устройства, которые стоят дороже и основаны на старых методах на основе кадмия или цинка.
Идея состоит в том, чтобы создать более совершенные инструменты для проверки содержания нитратов в воде и почве. На этой неделе PLOS ONE опубликовал исследование этого устройства.
«Прелесть этого устройства в том, что оно чрезвычайно легко адаптируется, более чувствительно, безопаснее и меньше», — говорит Пирс. «У нас здесь есть и« бизнес-история », и« история «накорми людей» ».Нитраты и качество воды
Высокий уровень нитратов в воде приводит к появлению мертвых зон в крупнейших дельтах мира. Использование слишком большого количества азотных удобрений истощает ресурсы и приводит к образованию нитратов в стоках и колодцах, а избыток нитратов в питьевой воде опасен для здоровья младенцев и вреден для многих животных. Современные портативные тестеры нитратов различаются по цене и точности: от приблизительных данных по низкой цене до нескольких сотен долларов за портативный фотометр.
Этот новый дизайн размером с ладонь, взаимодействует с бесплатным приложением для Android, стоит менее 65 долларов в производстве и использует экологически чистую химию для более безопасной и точной процедуры тестирования.«Это одобренная Popeye методология реагентов», — шутит Пирс, добавляя, что фермент, используемый в тестовом наборе, содержится в шпинате и другой листовой зелени. «Мы заменяем токсичный хэви-металл тем, что вы едите каждый день в своем салате».
Помимо капусты и капусты, Пирс серьезно относится к тому, как фермент, называемый нитратредуктазой, делает устройство лучше, поскольку NECi рассматривает химическую обработку от источника до утилизации. Документ PLOS ONE представляет собой проверочное исследование, и, по словам Пирса, устройство не только работает, но и «работает так же, как коммерческие проприетарные системы, менее чем за 15 процентов стоимости материалов и на 100 процентов имеет открытый исходный код».
Наличие в свободном доступе аппаратного и программного обеспечения — это только часть того, что делает этот новый набор для тестирования нитратов улучшением в отрасли.Создание лучшего тестового набора
Эллен Кэмпбелл, генеральный директор NECi, надеется произвести революцию в стандартном тестировании нитратов, а также в тестировании на фосфат и других процедурах, чтобы у каждого был доступ к более доступному и более чувствительному оборудованию. Реагенты NECi для тестирования нитратов близки к стандартизации Агентством по охране окружающей среды для использования в соответствии с Законом о чистой воде.
Геологическая служба США приняла эти реактивы в свои лаборатории.«Но это был долгий и болезненный процесс, чтобы достичь этой точки, потому что то, как ученые думают о разработке методов, и то, как регулирующее сообщество думает об этом, очень разные», — говорит Кэмпбелл.
Еще одна проблема, добавляет она, — это создание методологии, которую могут использовать люди, не являющиеся учеными.«Мы думали, хорошо, регулирующие органы начинают принимать меры против стоков с ферм, люди хотят знать, что их колодезная вода безопасна для питья, а гражданским наблюдателям нужны более совершенные инструменты», — объясняет Кэмпбелл. «Мы решили упростить наши методы на основе ферментов, чтобы каждый мог их использовать».
Независимо от того, является ли конечный пользователь фермером, общественно-научным сообществом, водоочистной станцией или государственным учреждением, Пирс и Кэмпбелл увидели необходимость упростить доступ к оборудованию и данным. К устройству прилагается бесплатное приложение для планшетов от NECi, которое было создано с использованием трехмерной печати, а также электроники и программного обеспечения с открытым исходным кодом.
Это не только делает систему менее дорогой и доступной, но и настраиваемой.Пирс отмечает в документе, что устройство может быть адаптировано для различных химических измерений, поскольку оно было получено из их более ранней открытой трехмерной печатной лабораторной работы по колориметрам и платформам для тестирования воды. Незначительные модификации — и различные реагенты или дополнительные инструменты, используемые для тестирования образцов — могут создавать наборы для тестирования фосфатов, микробной активности, мутности, состава биотоплива и УФ-приложений.
По словам Пирса, одним из самых больших преимуществ является предоставление школам качественного оборудования. Кэмпбелл и NECi работали со школой в Вирджинии, чтобы протестировать устройства в классах.
«Нам нужны лучшие способы вдохновить подающих надежды ученых; что может быть лучше, чем заставить их использовать реальное оборудование и собирать реальные данные в своих сообществах?» — говорит Пирс. «Мы работаем над тем, чтобы сделать этот набор для анализа нитратов доступным для всех».