加州大學發明便於預測及防範藻華之可攜裝置
2018/10/18 @國際
示意圖
藻華(algal bloom)係指水體中藻類、細菌或浮游生物，在短時間內過度繁殖的現象。藻華產生的主要原因可能是緣自全球氣候變遷或農業所施用的化學肥料(含有大量磷、氮、碳)流入水域中所致，使得藻類與浮游生物在短時間內快速大量繁殖，導致水中氧氣被大量藻類快速消耗殆盡；不但造成水下光合作用受阻，缺氧死亡的藻類與浮游生物也會在死亡後釋出生物毒素(biotoxins)，影響大範圍水域，使鄰近生態系受到影響。
過去十年間，美國沿岸及淡水流域均發生藻華現象，釋出的生物毒素嚴重衝擊河口沿岸及淡水河域的食物鏈及生態系。據美國國家海洋暨大氣總署(National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA)指出，全球近年發生藻華的次數較先前頻繁，若能即時提供藻華發生地點、影響規模及嚴重程度等預測資訊，將有助於進行預防處理。
美國加州大學洛杉磯分校(University of California, Los Angeles) Aydogan Ozcan教授及其同事研發輕巧便於攜帶的裝置，可用以即時分析特定水域樣本，提供監測人員獲得更快的資訊，避免災害損失擴大。該裝置是整合全像投影 (holography)及人工智慧(artificial intelligence)技術的新款流式細胞儀(flow cytometer)，利用紅色、綠色和藍色發光二極體(Light-emitting diode，LED)進行短時間曝光，以便獲得較清晰的成像並避免動態模糊(motion blur)，進而測量樣本中浮游生物的理化特徵；也可藉改變流通量(throughput)多寡，測量較大或較小的目標生物。運用上述科技，能較現行標準測量方法在更短時間內準確分析浮游生物的物種組成。【延伸閱讀】日本靜岡沼津市成立AI與光學測量之農業創新技術研究中心
傳統的分析方法是藉由人工採樣，透過光學顯微鏡判斷水中浮游生物的種類及數目，由於分析的時間較長，原水體常於分析的過程中發生變化，而利用流式細胞儀則可即時提供結果。一般流式細胞儀成本界於40,000-100,000美元，此裝置可將成本降低至2,500美元。團隊檢測洛杉磯沿岸浮游生物的組成，同時以有毒藻類Pseudo-nitzschia屬為檢測指標，於六處洛杉磯海灘進行檢測。該研究成果為加州公共衛生局(California Department of Public Health)所採納。
該研發計畫由加州大學洛杉磯分校Aydogan Ozcan教授主持，成果發表於<Light: Science & Applications>期刊。
資料來源
- Eurekalert
- A deep learning-enabled portable imaging flow cytometer for cost-effective, high-throughput, and label-free analysis of natural water samples
文章摘譯
