Sensor bioeléctrico alimentado por bacterias detecta contaminantes del agua en tiempo real | Buscar

La biología sintética se ha combinado con la ingeniería eléctrica para crear un pequeño sensor bioeléctrico capaz de detectar contaminantes en el agua en cuestión de minutos.

El sensor se encuentra actualmente en etapa de prototipo y aún no se ha producido comercialmente, pero ya se ha utilizado para detectar tiosulfato, que se sabe que provoca la proliferación de algas, en 2 minutos, así como el disruptor endocrino 4-hidroxitamoxifeno (4-HT) en 3 minutos. .

Existen métodos para detectar estos contaminantes ambientales y otros como nitratos y fosfatos. Estos incluyen espectrometría de masas y otros tipos de análisis, pero pueden consumir mucho tiempo, requieren instrumentación sofisticada y preparación de muestras en el laboratorio.

“Creemos que esta capacidad de saber que algo grave está pasando e intervenir rápidamente es extremadamente crítica”, dice Carolina Ajo Franklin, profesor de la Universidad de Rice, quien codirigió la investigación. Muchos otros biosensores utilizan el color o la fluorescencia como una forma de señalar que está presente una sustancia química de interés. “El problema es que muchos entornos son opacos y simplemente no se pueden usar lecturas ópticas”, dice Ajo-Franklin.

El equipo diseñó Escherichia coli para producir corriente eléctrica cuando un químico de interés está presente. El co-investigador principal Jonathan Silberg, también en Rice, lo describe como un cable que normalmente dirige los electrones para que fluyan desde un químico celular a un electrodo, pero actualmente está roto en el medio. Cuando el contaminante entra en contacto con la bacteria, el cable vuelve a conectar la vía, produciendo una señal eléctrica.

los E. coli en el prototipo tiene una cadena de transporte de electrones modular y sintética. Un factor clave es que esta cadena se puede modificar para detectar diferentes sustancias químicas. En este estudio, se detectaron un sulfato y un disruptor endocrino, pero los investigadores planean expandir el alcance del sensor para cubrir otros contaminantes en el futuro.

Ajo-Franklin describe su prototipo como algo parecido a un disco de hockey en forma y tamaño. “Hemos desarrollado formas de garantizar físicamente que cualquier bacteria en este dispositivo permanezca dentro del dispositivo. Este es un elemento realmente imprescindible para poder desplegarlo en el entorno.

Si bien la versión actual del sensor es un dispositivo portátil que se puede usar en el campo, el equipo espera crear un dispositivo que se pueda dejar en el agua para la detección remota.

Experto en bioelectrónica Tom Zajdel en la Universidad Carnegie Mellon está de acuerdo en que la colocación a largo plazo de estos dispositivos sería ideal. Agrega que tienen la ventaja de que no requieren mucha energía para funcionar, pero advierte que “creo que la longevidad del sensor es el mayor desafío, la mayor incógnita”.

El equipo de Rice ahora planea mejorar y expandir las capacidades de su sensor. Una forma de hacerlo es explorar el potencial de detección de múltiples sustancias químicas al mismo tiempo. “Estamos analizando la multiplexación de dos maneras diferentes. Una es espacial, pero la otra cosa que estamos haciendo es la multiplexación basada en diferentes vías de transferencia de electrones que tienen diferentes potenciales redox”, dice Ajo-Franklin.

Los investigadores también quieren explorar si se podría diseñar una cadena de transporte de electrones similar en otros microbios, como aquellos capaces de vivir en agua salada o salobre, como E. coli no apto para analizar todo tipo de muestras de agua.