大腸桿菌。圖片來(lái)源：落基山實(shí)驗(yàn)室、NIAID、NIH

CU Boulder 的研究人員開(kāi)發(fā)并驗(yàn)證了一種新的大腸桿菌風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)傳感器，該傳感器在檢測(cè)地表水中的污染時(shí)具有令人印象深刻的準(zhǔn)確率。

該研究結(jié)果近期發(fā)表在《水研究》上，可以在全球和美國(guó)的水系統(tǒng)中快速有效地改進(jìn)對(duì)各種污染物的檢測(cè)。

Emily Bedell (Ph.D.EnvEngr'22) 是 Mortenson 全球工程文章的主要作者。她說(shuō)，全世界約有 20 億人使用含有某種程度糞便的飲用水源，并可能導(dǎo)致從腹瀉到發(fā)育遲緩等健康問(wèn)題，尤其是在幼兒中。

“在全球范圍內(nèi)，大概率腹瀉死亡與水質(zhì)有關(guān)，”她說(shuō)�！斑@是一個(gè)問(wèn)題，但目前在飲用水中尋找糞便的方法很昂貴，進(jìn)入門(mén)檻很高，比如需要大量的培訓(xùn)，或者可能需要大約 24 小時(shí)才能提供結(jié)果。我們發(fā)明了一種傳感器與機(jī)器學(xué)習(xí)模型相結(jié)合，使用熒光實(shí)時(shí)顯示糞便污染峰值�！�

傳感器和機(jī)器學(xué)習(xí)模型組合均已獲得美國(guó)專(zhuān)利局的專(zhuān)利批準(zhǔn)。

比德?tīng)栒f(shuō)，熒光通過(guò)將紫外 LED光源照射在水樣上并測(cè)量在更高波長(zhǎng)下被吸收和重新發(fā)射的光量來(lái)起作用。該信息可以快速顯示潛在的污染，但它對(duì)許多環(huán)境和物理因素（例如樣品溫度）很敏感，這會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)中出現(xiàn)噪音并難以解釋。

“我們使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)消除噪音以更好地檢測(cè)異常，”Bedell 說(shuō)。

快速準(zhǔn)確地評(píng)估水質(zhì)的需求日益增長(zhǎng)——不僅在低收入國(guó)家，而且在密歇根州弗林特水危機(jī)等情況下，由于政策不善，暴露在危險(xiǎn)水平的鉛中。

莫頓森主任埃文·托馬斯教授是該文章的合著者。他說(shuō)，氣候變化也是此次討論的一個(gè)因素，因?yàn)楦�頻繁的停電可能會(huì)影響處理設(shè)施的運(yùn)營(yíng)，而惡劣的天氣可能會(huì)污染關(guān)鍵水源。

“我們將需要更多關(guān)于水質(zhì)的數(shù)據(jù)，我們需要它被廣泛使用，”他說(shuō)�！懊刻爝M(jìn)行一次測(cè)量不足以確保我們收到的水沒(méi)有可能在短期和長(zhǎng)期對(duì)我們?cè)斐蓚�害的生物或化學(xué)污染物�！�

Bedell 現(xiàn)在被聘為博爾德 Virridy 的工程師，并致力于進(jìn)一步推進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)。理想情況下，它將與更大的家庭處理系統(tǒng)合作，為那些使用私人水井（水質(zhì)不受 EPA 監(jiān)管）的人提供飲用水。

她說(shuō)：“該傳感器將是本文中設(shè)計(jì)的小型化版本，并將安裝在來(lái)自水井的房屋主水線上�！� “傳感器的數(shù)據(jù)將通過(guò)用戶的 WiFi 發(fā)送到在線數(shù)據(jù)庫(kù)，在該數(shù)據(jù)庫(kù)中，機(jī)器學(xué)習(xí)模型將用于預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，并將信息發(fā)送到移動(dòng)應(yīng)用程序，如果檢測(cè)到污染，該應(yīng)用程序?qū)⑻嵝延脩��！?/p>

比德?tīng)栒f(shuō)，她一直對(duì)工程、環(huán)境和社會(huì)公平的交叉點(diǎn)很感興趣，這個(gè)研究項(xiàng)目在她與摩頓森工作期間將這些方面結(jié)合在一起。

“水質(zhì)研究以多種方式觸及所有這些點(diǎn)。通過(guò)更多數(shù)據(jù)，我們可以明確指出社區(qū)如何以及何時(shí)因環(huán)境不公正而受到傷害，以便可以解決造成傷害的政策和做法，”她說(shuō)。