在过去的10年里，有害藻类大量繁殖藻类数量的突然增加，特别是在沿海地区和淡水系统这些水华是由浮游植物构成的，它们会自然产生生物毒素，这些毒素不仅会影响水中的鱼类和植物，还会影响生活在这些地区附近的哺乳动物、鸟类和人类。
根据美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration，简称noaa)的数据，这些事件变得越来越普遍，在全球范围内发生的地区也比以往任何时候都多。
预测有害藻华及其位置、大小和严重程度的能力，可能有助于科学家预防它们的危险影响。但一直很难预测何时何地会发生藻华。
现在，加州大学洛杉矶分校的研究人员已经开发出一种廉价的便携式设备，可以立即分析水样，这将为海洋生物学家提供实时的洞见，了解他们正在测试的区域可能发生藻华的可能性。反过来，这将使管理沿海地区的官员能够做出更好、更快的决定，比如在藻华造成严重破坏之前关闭海滩和贝类养殖场。
加州大学洛杉矶分校的研究人员发明了一种新的流式细胞仪它能探测和测量样品中微小物体的物理和化学特性基于全息成像和人工智能。它可以在几秒钟内快速分析出各种浮游生物的组成，比目前的标准方法快得多。目前的标准方法需要手工收集水样，并通过几个步骤进行处理。
这项研究发表在《光:科学与科学》杂志的网站上由加州大学洛杉矶分校电子与计算机工程教授、加州大学洛杉矶分校(UCLA)纳米系统研究所(California NanoSystems Institute)副主任艾杜根•奥兹坎(Aydogan Ozcan)领导的这项研究将在该杂志的印刷版上发表。
水华造成的威胁越来越大，部分原因是气候变化导致的水温升高，部分原因是草坪和农田肥料中含有大量营养物质(主要是磷、氮和碳)。
Ozcan课题组/UCLA建立UCLA流式细胞仪水华产生的有毒化合物会耗尽水中的氧气，阻碍阳光照射鱼类和水生植物，导致它们死亡或迁移到其他地方。此外，鱼类和附近的野生动物甚至可以摄入毒素;在一些罕见的情况下，如果它们离花朵足够近，人类可以吸入它们，这会影响神经系统、大脑和肝脏，最终导致死亡。
科学家们通常试图通过手工采样和传统的光学显微镜来了解藻华，他们用这些方法绘制高分辨率的地图，显示该地区浮游植物在较长时间内的组成。为了制作这些地图，技术人员必须使用浮游生物网手工收集水样，然后把它们带到实验室进行分析。这一过程之所以具有挑战性，部分原因在于特定水体中藻类的浓度和组成可能会迅速变化甚至在分析样本的时间里。
奥兹坎和他的同事们发明的这一设备加快了整个过程，而且由于它不使用透镜或其他光学元件，因此可以以低得多的成本进行测试。它图像藻类样本-它还能扫描多种其他物质，包括全息术和人工智能。
用于环境微生物学的商用成像流式细胞仪的价格在4万美元到10万美元之间，这限制了它们的广泛使用。
研究人员必须克服的一个挑战是确保该设备有足够的光线来创建光线充足的高速图像，而不会产生运动模糊。
“这就像给一级方程式赛车拍照一样，”Ozcan说。“摄影师需要很短的曝光时间来避免运动模糊。在我们的研究中，这意味着使用一种非常明亮的脉冲光源，脉冲长度大约是眨眼时间的千分之一。”
为了测试这一装置，科学家们测量了洛杉矶海岸线沿线的海洋样本，并获得了其浮游植物组成的图像。他们还测量了该地区6个公共海滩上一种名为伪尼茨夏的潜在有毒藻类的浓度。加州大学洛杉矶分校researchers’这些测量结果与加州公共卫生部海洋生物毒素监测项目最近的一项研究结果相当。
Zoltá n Gӧrӧcs,加州大学洛杉矶分校的博士后学者和study’ s第一作者说,研究人员正在讨论他们的新设备与海洋生物学家来确定,这将是最有用的。
“我们的设备可以适应观察具有更高吞吐量的较大生物体，或观察具有更好图像质量的较小生物体，同时牺牲一些吞吐量，”他说。
本文的其他合著者还有Miu Tamamitsu, Vittorio Bianco, Patrick Wolf, Shounak Roy, Koyoshi Shindo, Kyrollos Yanny, Yichen Wu, Hatice Ceylan Koydemir和Yair Rivenson。
这项研究由美国陆军研究办公室资助。
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