Yeni nesil sensörler: Su kirliliğini gerçek zamanlı olarak tespit etmek

Sel, kuraklık ve şiddetli yağışlar gibi aşırı hava olayları göller, nehirler ve kıyı bölgelerindeki su kalitesini etkilemektedir. Bu, ekosistemler ve su kaynakları için önemli zorluklar yaratmaktadır çünkü toprakta bulunan pestisitler hızla su kaynaklarına sızabilmektedir. Artık araştırmacılar bunu yeni bir yolla izlemek istiyor.

Norveç’teki SINTEF Akıllı Sensörler ve Mikroteknoloji Departmanı’nda kıdemli araştırma bilimcisi olan Elizaveta Vereshchagina, “Günümüzün izleme sistemleri hızlı değişimleri tespit edecek donanıma sahip değil. Bu, çevre koruma ve halk sağlığına hazırlık konusunda kritik boşluklar bırakıyor. STARDUST adı verilen projenin amacı, hem yüzey suyunda hem de yer altı suyunda birden fazla pestisiti gerçek zamanlı olarak tespit edebilen bir optik sensör sistemi geliştirmektir” diyor.

Teknoloji, aşırı hava koşullarının sudaki pestisit oluşumunu nasıl etkilediğine dair fikir verecek. Norveç, Romanya, Polonya, İrlanda ve Danimarka’dan disiplinler arası işbirlikçileri ile geliştirilmektedir.

Danimarka ve İrlanda’daki nişanlı vatandaşlar

Araştırmacıların yoğun yağış sonrasında su örneklerini incelemek istediklerinde örnekleri hemen toplamaları gerekiyor. Bu lojistik açıdan zordur. Bu nedenle STARDUST, önemli yağışların olduğu dönemlerde su numuneleri toplayan Danimarka ve İrlanda’daki vatandaş bilim adamlarıyla temasa geçti.

Bu su örnekleri, aşırı hava koşulları ile su kalitesi arasındaki bağlantının anlaşılması açısından önemlidir.

Araştırma meslektaşı ve proje lideri Karolina Milenko, “Sitemizde referanslar oluşturuyoruz ve ayrıca sensör teknolojimizi laboratuvarda test edebilmemiz için numuneleri Oslo’ya gönderiyoruz. Hızlı yanıt sağlayan SERS teknolojisini kullanarak sudaki farklı pestisit türlerini ölçmeyi başardık. Gelecekte bu tür sensör teknolojisini fiziksel olarak su kaynaklarına getirebileceğimizi umuyoruz” diyor.

SERS, yüzeyle geliştirilmiş Raman spektroskopisi anlamına gelir. Yöntem, moleküllerden gelen ışık sinyallerini artırarak bunların ölçülmesini kolaylaştırıyor. SINTEF, SERS’i numunelerin küçük, şeffaf kanallardan aktığı mikroakışkanlarla birleştirir. Bu yöntemler birlikte gerçek zamanlı olarak hızlı ve doğru analiz sağlar.

Vereshchagina, “Veri setlerimizdeki düşük konsantrasyonlardaki farklı pestisitler arasında ayrım yapmak, kısmen örneklerdeki farklı arka planlar nedeniyle zor olabilir. STARDUST konsorsiyumunda, yapay zeka kullanarak daha iyi hassasiyet elde etmemize yardımcı olan uzmanlığa sahibiz” diyor.

Hızlı değişimler gerçek zamanlı olarak ölçülmeli

Su kalitesindeki ani değişiklikler hem biyolojik çeşitliliği hem de içme suyunun güvenliğini tehdit etmektedir. Su kaynaklarının çeşitli içeriklerini ölçmek zor olduğundan mevcut çözüm, su numunelerini test için laboratuvara taşımaktır. Doğal afetler veya aşırı hava koşulları meydana geldiğinde bu tür değişiklikler çok hızlı gerçekleşebilir ve bu nedenle izleme gerçek zamanlı olarak gerçekleştirilmelidir.

Danimarka Teknik Üniversitesi’nden (DTU) profesör ve proje ortağı Hans-Jørgen Albrechtsen, “Bir vadinin yüksek kesimlerinde bir nehirde heyelan hayal edin. Bu heyelan nehirdeki suyu hızlı bir şekilde kirletebilir, ancak bunu ölçmek zordur. Teknolojimizin, farklı pestisitlerin suyla nasıl hareket ettiğini gösteren gerçek zamanlı ölçümler sağlayabileceğini umuyoruz. Bu aynı zamanda kirli su çok fazla zarar vermeden önce önleyici tedbirlerin uygulanmasını da mümkün kılabilir” diyor.

Projenin disiplinlerarası konsorsiyumu nanoteknoloji, fotonik, mikro ve nanofabrikasyon, malzeme bilimi, makine öğrenimine dayalı sinyal işleme ve çevre kimyası uzmanlarından oluşuyor. STARDUST’ı benzersiz kılan şeylerden biri de ölçümlerin çok küçük bir mikroçip üzerinde minyatür olarak yapılmasıdır.

Gelecekte araştırmacılar, nehirlerde, yer altı sularında ve göllerde doğrudan ölçüm yapabilecek, tekerlekli çanta boyutunda bir makine geliştirmeyi umuyorlar.