تطوير حلول لاستطلاعات المياه بتكلفة منخفضة للبلدان النامية

الكشف عن الذبابة والتعلم الماكين

وقد أصبحت الهواتف الذكية متماثلة حتى في المناطق المنخفضة الدخل، حيث يقدر عدد البالغين في البلدان النامية الذين يمتلكون هاتفا نقالا ب ٧٥ في المائة، وهذا يفتح الباب لاختبار المياه على أساس الهاتف الذكي، حيث تعمل الكاميرا على أنها مطياف أو مجهر، ويأخذ المستخدم صورة لتعرية اختبارية أو عينة ماء بعد إضافة مادة مسببة، كما أن هناك نظما مصممة على استخدام الفلورا لتصنيف الملوينات.

A leading example is the Lab-On-a-Phone platform developed at the University of California, Berkeley. It uses a 3D-printed attached that holds a sample cuvette and a diffraction grating, turning the phone camera into a spectrophotometer. The app can measure absorbance at multiple wavengrates

وقد أدت التطورات الأخيرة في مجال التعلم الآلي إلى زيادة تعزيز الكشف عن الهواتف الذكية، ويمكن تدريب الشبكات العصبية للثورة على الاعتراف باختلافات الألوان الخفيفة التي قد تفتقدها العين البشرية، وتحسين الدقة، والحد من أثر تغيرات الإضاءة، فعلى سبيل المثال، يستخدم مشروع WaterAI نموذجاً للتعلم العميق جرى تدريبه على آلاف الصور التي تحقق فيها نظام الاختبارات من دقة النموذج.

أجهزة الاستشعار الحيوية والأجهزة الفلورية الدقيقة

ويمكن للمستشعرات الأحيائية التي تستخدم الأنزيمات أو الأجسام المضادة للكميات أو خلايا كاملة لكشف الملوثات أن تخفض إلى أدنى حد، وأن تكون غير مكلفة بما يكفي للاستخدام الميداني، ومن الأمثلة البارزة على ذلك أن أجهزة الاكتشاف ذات الصبغة الفلورية () تستخدم أجهزة التلقيم المميتة (النظم الميكانيكية المتوسطة) .

التحديات الحاسمة التي تواجه الحلول المنخفضة الدخل

وعلى الرغم من الوعد، تواجه تكنولوجيات اختبار المياه المنخفضة التكلفة عقبات هائلة يجب معالجتها قبل أن يمكن أن تحقق أثرا واسع النطاق، فهم هذه التحديات أمر أساسي بالنسبة للمطورين والممولين والمنظمات المنفذة.

الدقة والدقة

فالمقارنة بين التكلفة والدقة هي أكثر التحديات استمراراً، إذ أن العديد من الاختبارات التي يمكن نشرها في الميدان تنطوي على حدود للكشف أعلى من القيم التوجيهية لمنظمة الصحة العالمية لبعض الملوثات، وعلى سبيل المثال، فإن وجود مظهر ملوث للزرنيخ قد يؤدي إلى حد للكشف يبلغ 20 ميكروغرام/لتر، بينما يشكل المبدأ التوجيهي لمنظمة الصحة العالمية 10 ميكروغرام/لتر، وهذا يعني أن الاختبار يمكن أن يشير إلى وجود مياه آمنة عندما يكون فعلاً سلبياً غير مأمون.

Environmental Robustness and Shelf Life

فالاختبارات المنخفضة التكلفة كثيرا ما تتحلل بسرعة عندما تتعرض للتدفئة أو الرطوبة أو ضوء الشمس، ويجب تخزين العديد من المفاعلات عند درجة حرارة ٤ درجة مئوية للحفاظ على النشاط، الذي لا يمكن ممارسته في المناخ الساخن دون سلسلة تبريد موثوقة، ومن أجل معالجة ذلك، يقوم الباحثون بتطوير مُثلى مُثلى )مجُد َّر على أساس حراري ويمكن تخزينها في درجات حرارة مُشرقة من أجل تحسين تدريجي.

تدريب المستعملين والقبول الثقافي

وحتى في أبسط اختبار يتطلب قدرا من الكفاءة في استخدامه، فبدون التدريب المناسب، قد يسيئ المستعملون استعمال العينة، أو يسيئون تفسير تغير اللون، أو لا يسجلون النتائج بشكل صحيح، وفي المجتمعات التي تخفض فيها معدلات الإلمام بالقراءة والكتابة، تكون المعونة البصرية والرسوم البيانية أساسية، وعلاوة على ذلك، فإن التصورات الثقافية لسلامة المياه يمكن أن تؤثر على الاستيعاب، مثلا، إذا استخدمت المجتمعات المحلية بئناً جيداً معيناً للأجيالعاب للأجيال، فإن من ذلك قد يكون من التدريب قد لا يُعداد هو اختبارات.

Scalability and Supply Chain

(أ) إن إنتاج الملايين من شرائط الاختبار المنخفضة التكلفة وتوزيعها على المناطق النائية يشكل تحدياً لوجستياً، إذ إن العديد من عناصر الاختبار تصنع في عدد قليل من البلدان (مثل الولايات المتحدة وألمانيا والصين) وتُحدث هذه المواد الكيميائية القابلة للاختبار على الصعيد المحلي مثل مجموعة المواد الكيميائية التي يجب التخلص منها على نحو مثالي.

المشاركة المجتمعية والإدارة المستدامة للمياه

ولن يكون لتكنولوجيا الاختبارات المنخفضة التكلفة الأكثر تطورا إلا إذا كانت مدمجة في إطار أوسع لإدارة المجتمعات المحلية وتخطيط سلامة المياه، وتؤكد البرامج الناجحة من منظمات مثل شبكة المياه المأمونة، ونهج خطة منظمة الصحة العالمية للسلامة من المياه على العناصر التالية:

• Training local water committees] in the use and maintenance of testing kits, as well as basic data recording and interpretation. These committees then conduct regular testing of community water sources (boreholes, wells, taps) and report results to local health authorities.
• Creating feedback cycles] between testing results and remediation actions. If a test indicates contamination, the community should know which treatment method to use (e.g., chlorination, boiling, filtration) and who to contact for further assistance.
• Integrating with mobile health (mHealth) platforms] such as ]open data kit] or CommCare. Data from intelligencephone-based tests can be uploaded in real time contamination, allowing public health
• Empowering women], who are often the primary water collectors and household managers, as testers and educators. Studies have shown that women-led water committees achieve higher rates of sustained testing and improved water hygiene behaviors.

ومن الدراسات الإفرادية الناجحة مبادرة WATER-MED ] في ريف الهند حيث تم تدريب 500 امرأة على استخدام مجموعة اختبارات لونيومتر للكشف عن الفلوريد، وبعد سنة واحدة، خفضت المجتمعات المحلية حالات الفلوروز بنسبة 30 في المائة عن طريق التحول إلى مصادر بديلة للمياه تحددها الاختبارات، وتكلف البرنامج أقل من دولارين للشخص سنويا، بما في ذلك التدريب والمواد.

التكامل مع النظم الصحية والسياسات الحكومية

ولا ينبغي أن يكون اختبار المياه المنخفض التكلفة تدخلا قائما بذاته؛ ويجب أن يكون مدمجا في نظم المراقبة الصحية الوطنية؛ ويمكن لوزارات الصحة والبيئة أن تعتمد هذه الأدوات للرصد الروتيني، لا سيما في المدارس ومراكز الصحة ومراكز المياه العامة، وتشمل المبادئ التوجيهية التي وضعتها منظمة الصحة العالمية بشأن نوعية مياه الشرب ، وهي تشمل الآن فرعا عن أساليب الاختبار الميدانية البسيطة، وتسليط الضوء على التأييد للاستخدام التنظيمي.

ويظل التمويل حاجزاً، ففي حين أن التكلفة النهائية منخفضة، فإن النفقات التراكمية للاختبارات الواسعة النطاق يمكن أن تتداخل مع ميزانيات محدودة، كما أن نماذج التمويل المتراكمة - الإعانات العامة، إلى جانب الاستثمار الخاص والتمويل من المانحين - ناشئة، والمؤسسات الاجتماعية مثل Aquagenx) التي تنتج مجموعة الاختبارات الجافة من الاختبارات المتعددة الأهداف الإنمائية) تبيع منتجاتها بسعر مدعوم.

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

وسيكون الجيل القادم من اختبارات المياه المنخفضة التكلفة أكثر حساسية وتحديداً وأسعاراً، وتشمل الاتجاهات الرئيسية ما يلي:

• Nanomaterials]: Gold nanoparticles, carbon nanotubes, and quantum dots can enhance signal intensity by orders of magnitude, allowing detection of contaminants at parts-per-trillion levels. Researchers are developing handheld plasmonic sensors -called “nano-speckle” under can be produced.
• (ب) يمكن إعادة استخدام أداة التحرير الجينية CRISPR-Cas12a/Cas13a لكشف تسلسلات حمض النواة من مسببات الأمراض، وقد أظهرت دراسة أجريت في عام 2022 من المعهد العالي اختباراً للتعرية في مادة RS-CoV-2 في مياه النفايات، ولكن نفس النهج يمكن أن يكشف عن الكوليرا والكومياء.
• (أ) أجهزة الاستشعار ذات الطاقة الشمسية المنخفضة التكلفة التي ترصد باستمرار الهيدروجيني، ودرجة الحرارة، والسلوكية، والاضطرابات، متاحة الآن بأقل من 100 دولار، وعندما تقترن بالشبكات الخلوية، يمكن لهذه أجهزة الاستشعار أن تنقل البيانات إلى منابر غيوم دون تدخل بشري، مما يتيح نظم الإنذار المبكر بالأحداث الملوثة.
• Open-source equipment and citizen science]: Platforms like OpenTrons and Bento Lab] provide low-cost, programmable laboratory equipment that communities can use to conduct their own water testinga, Citizen science

خاتمة

إن وضع حلول لفحص المياه بتكلفة منخفضة ليس أمراً ضرورياً للغاية، إذ إن ما يقرب من 2.2 بليون شخص لا يزالون يفتقرون إلى مياه الشرب المأمونة، فإن الأدوات التي وصفتها هذه المادة تمثل مساراً قابلاً للتطبيق لرصد وتحسين نوعية المياه على نطاق واسع، ومع ذلك فإن أجهزة الاستشعار القائمة على الورق، والمسح اللون، والكشف عن الهواتف الذكية، والمجسات الحيوية، كلها تتحول إلى مدخلات مختبرية وإلى ميدان.