Nos últimos 10 anos, florescimento de algas prejudiciais - aumentos repentinos na população de algas, tipicamente em regiões costeiras e sistemas de água doce - tornaram-se um problema mais sério para a vida marinha em todos os EUA. As flores são compostas de fitoplâncton, que produzem naturalmente biotoxinas, e essas toxinas podem afetar não apenas peixes e plantas na água, mas também mamíferos, pássaros e humanos que vivem perto dessas áreas.

De acordo com a Administração Oceânica e Atmosférica Nacional, os eventos se tornaram mais comuns e estão ocorrendo em mais regiões do mundo do que nunca.

A capacidade de prever a proliferação de algas nocivas e suas localizações, o tamanho e a gravidade podem ajudar os cientistas a prevenir seus efeitos perigosos. Mas tem sido difícil prever quando e onde ocorrerão os florescimentos.

Agora, Os pesquisadores da UCLA desenvolveram um dispositivo barato e portátil que pode analisar amostras de água imediatamente, o que forneceria aos biólogos marinhos uma visão em tempo real sobre a possibilidade de a proliferação de algas ocorrer na área que eles estão testando. Este, por sua vez, permitiria aos funcionários que gerenciam as áreas costeiras melhorar, decisões mais rápidas sobre, por exemplo, O fechamento de praias e bancos de crustáceos antes da proliferação de algas causa sérios danos.

Os pesquisadores da UCLA criaram um novo citômetro de fluxo - que detecta e mede as características físicas e químicas de pequenos objetos em uma amostra - com base em imagens holográficas e inteligência artificial. Ele pode analisar rapidamente a composição de várias espécies de plâncton em questão de segundos, muito mais rápido do que o método padrão atual, que envolve a coleta manual de amostras de água e sua execução em várias etapas.

A pesquisa, que foi publicado online por Light:Ciência e Aplicações e aparecerá na edição impressa da revista, foi liderado por Aydogan Ozcan, o Professor de Engenharia Elétrica e de Computação do Chanceler da UCLA e diretor associado do California NanoSystems Institute da UCLA.

A crescente ameaça de florações está sendo causada em parte pela alta temperatura da água devido à mudança climática, e em parte por altos níveis de nutrientes (principalmente fósforo, nitrogênio e carbono) de fertilizantes usados ​​para gramados e terras agrícolas.

Os compostos tóxicos produzidos pelas flores podem esgotar o oxigênio da água e podem impedir que a luz solar alcance peixes e plantas aquáticas, que os fazem morrer ou migrar para outro lugar. Além disso, peixes e animais selvagens próximos podem até mesmo ingerir as toxinas; e em alguns casos raros, se eles estão perto o suficiente das flores, humanos podem inalá-los, o que pode afetar o sistema nervoso, cérebro e fígado, e, eventualmente, levar à morte.

Os cientistas geralmente tentam entender a proliferação de algas por meio de amostragem manual e microscopia de luz tradicional, que eles usam para criar mapas de alta resolução mostrando a composição do fitoplâncton naquela área por longos períodos de tempo. Para construir esses mapas, os técnicos precisam coletar amostras de água manualmente, usando redes de plâncton, e depois levá-las a um laboratório para análise. O processo é desafiador em parte porque a concentração e a composição das algas em um determinado corpo d'água podem mudar rapidamente - mesmo no tempo que leva para analisar as amostras.

O dispositivo criado por Ozcan e seus colegas acelera todo o processo e, porque não usa lentes ou outros componentes ópticos, ele executa o teste a um custo muito mais baixo. Ele faz imagens de amostras de algas - e é capaz de escanear uma ampla gama de outras substâncias, também - usando holografia e inteligência artificial.

Os citômetros de fluxo de imagem disponíveis comercialmente usados ​​em microbiologia ambiental podem custar a partir de US $ 40, 000 a $ 100, 000, o que limitou seu uso generalizado. O citômetro UCLA é compacto e leve, e pode ser montado com peças que custam menos de $ 2, 500

Um desafio que os pesquisadores tiveram que superar foi garantir que o dispositivo tivesse luz suficiente para criar uma boa iluminação, imagens de alta velocidade sem desfoque de movimento.

"É semelhante a tirar uma foto de um carro de corrida de Fórmula 1, "Disse Ozcan." O cinegrafista precisa de uma exposição muito curta para evitar o desfoque de movimento. No nosso caso, isso significa usar um muito brilhante, fonte de luz pulsada com um comprimento de pulso de cerca de um milésimo da duração de um piscar de olhos. "

Para testar o dispositivo, os cientistas mediram amostras do oceano ao longo da costa de Los Angeles e obtiveram imagens de sua composição fitoplanctônica. Eles também mediram a concentração de uma alga potencialmente tóxica chamada Pseudo-nitzschia ao longo de seis praias públicas da região. As medições dos pesquisadores da UCLA foram comparáveis ​​às de um estudo recente do Programa de Monitoramento de Biotoxina Marinha do Departamento de Saúde Pública da Califórnia.

Zoltán Gӧrӧcs, um bolsista de pós-doutorado da UCLA e o primeiro autor do estudo, disse que os pesquisadores estão discutindo seu novo dispositivo com biólogos marinhos para determinar onde ele seria mais útil.

"Nosso dispositivo pode ser adaptado para observar organismos maiores com um rendimento mais alto ou olhar para os menores com uma qualidade de imagem melhor, sacrificando parte do rendimento, " ele disse.