《联合国可持续发展目标》第6号解决了所有人获得清洁水和卫生设施的必要性。在全世界范围内,三分之一的人无法获得安全饮用水,五分之二的人没有使用肥皂和水的基本洗手设施。


水质是一个问题。如含氟化物,为保护牙齿,建议在牙膏中加入适量氟化物。过高的氟含量会导致氟中毒,干扰牙釉质的形成,纠正骨骼的生长,并导致脊椎和关节的严重畸形。在没有适当供水网络的农村地区,水中氟化物浓度较高的发生率较高。

研究人员开发基于MOF的传感器 用于水质中氟的测试

水源中的氟化物不是人为的,而是由地质构造决定的。这使得氟化物在受影响地区的分布不均匀,在很近的距离找到了安全和不安全的氟化物水平的水源。在这种情况下,氟化物问题可以通过向当地居民提供检测水中氟化物水平的特定设备来解决,并帮助他们消费安全的水。


氟化物检测设备成本中高,需要培训才能有效使用。农村地区的人口负担不起这一费用。由于这些原因,该组织由Mutsumi木村教授和博士Eugenio Otal信州大学决定开发一个负担得起的便携式设备可以检测出氟化在一个简单的方式在低成本,最近发表在化学——欧洲杂志(“The Long and Bright Path of a Lanthanide MOF: From Basics towards the Application”)。


这种技术演示的成本约为23美元,但如果生产规模扩大,价格可以降低到一半以下。主要的成本是与电子有关的,它在很多方面都是有用的。


镧系金属有机框架由于其对氟化物的高亲和和在可见光谱中的强发射,为氟化物的传感提供了良好的平台。镧系元素与氟化物的强亲和力使MOFs转化为相应的氟化物,淬灭镧系元素的荧光。这种强度变化可用于测定饮用水中的氟化物水平。


信州大学的研究人员选择了棉花作为基质,因为棉花具有亲水的特性,可以很好地与多孔MOFs协同作用,并且可以很好地控制设备中引入的液体样品的数量,从而使结果可重复,并简化了之前使用的系统。


这些创新与该小组今年1月发表在ACS-Sensors(“ Open-Source Portable Device for the Determination of Fluoride in Drinking Water”)上的先前的发展相一致。

研究人员开发基于MOF的传感器 用于水质中氟的测试

在前一篇文章中,他们介绍了基于Arduino微控制器的电子平台,该平台使用智能手机作为电源和数据采集平台。这一创新消除了电池和屏幕,降低了成本,并允许将氟化物量化信息直接传输到智能手机。设备中使用的Arduino代码也可以根据当地人群的要求进行修改。


传输信息,一个友好的图形界面开发,它收集氟化物量化数据、时间、日期,并从智能手机的GPS位置和传输通过电子邮件、短信、WhatsApp或任何即时通讯服务包含在一个安全的水映射到共享与当地人口的其余部分。


这个新颖的系统实现了4.0工业概念,它是3D打印、Arduino可编程、开源、设备可以在本地生产和分销。所有这些创新生产出了一种低成本的设备,无需训练的也可以轻松操作。


很多时候,科学与技术是分离的,但却代表着同一搜索的两个方面。科学提供了知识上的满足,满足了我们的好奇心,而技术提供了利用科学实现舒适和健康的能力。


该研究小组利用这两种方法来寻找减少氟中毒影响的新方法,比如同步加速器测量法,了解材料中的基本现象,并帮助他们设计更灵敏、更可靠的传感设备。田中秀树(Shinshu University)、Manuela L. Kim (Shinshu University)、Juan P. Hinestroza (Cornell University)也对设备的开发做出了贡献。


下一步是实现具有更好性能的MOF。实际的系统使用紫外LED激发镧系MOF并检测绿色发射。第一作者Eugenio Otal说,我们对MOF进行了改进,可以用可见光激发,信号将在红外中检测到。这一创新可以降低电子设备的成本,并在电磁光谱的红外区域使用更便宜、更灵敏的探测器。


他们的最终目标是建立一个便携式设备对水质使用相同的概念,使其模块化根据每个地区的需求,使他们的贡献目标6联合国可持续发展目标:确保所有现实获得饮用水和卫生设施,以一种可移植的、负担得起的设备。


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