Sensor bioeléctrico de bacterias detecta contaminantes del agua en tiempo real | Búsqueda

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

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

Existen métodos para detectar estos contaminantes ambientales y otros como nitratos y fosfatos. Incluyen espectrometría de masas y otros tipos de análisis, pero pueden consumir mucho tiempo y requieren instrumentos sofisticados y preparación de muestras en laboratorio.

“Creemos que esta capacidad de saber que algo malo está pasando y actuar rápidamente es fundamental”, dice. Carolina Ajo Franklin, profesor de la Universidad de Rice, codirigió la investigación. Muchos otros biosensores utilizan el color o la fluorescencia como una forma de indicar la presencia de una sustancia química de interés. «El problema es que muchos entornos son opacos y no se pueden usar lecturas visuales», explica Ajo-Franklin.

El equipo está decidido Escherichia coli Para producir una corriente eléctrica cuando está presente un químico de interés. El coautor de la investigación, Jonathan Silberg, también en Rice, describe esto como un cable que normalmente dirige los electrones para que fluyan desde un químico celular a un electrodo, pero que actualmente se está rompiendo en el medio. Cuando el contaminante entra en contacto con la bacteria, el cable vuelve a conectar la vía, lo que da como resultado una señal eléctrica.

los coli En prototipo, contiene una cadena de transporte de electrones sintética estándar. El factor clave es que esta cadena puede modificarse para detectar diferentes sustancias químicas. En este estudio, se detectó sulfato como disruptor endocrino, pero los investigadores planean expandir el 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 métodos para garantizar físicamente que todas las bacterias presentes en este dispositivo permanezcan dentro del dispositivo. Esta es una pieza realmente importante para poder implementar 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 uno que se pueda dejar en el agua para la detección remota.

Experto en bioelectrónica tom zeddal En la Universidad Carnegie Mellon, está de acuerdo en que sería ideal instalar estos dispositivos a largo plazo. Agrega que tienen la ventaja de que no necesitan tanta energía para funcionar, pero advierte que «creo que la longevidad del sensor es el mayor desafío y la mayor incógnita».

El equipo de Rice ahora planea mejorar y expandir las capacidades de su sensor. Una forma de hacerlo es explorar la posibilidad de detectar múltiples sustancias químicas al mismo tiempo. Estamos viendo la multiplexación de dos maneras diferentes. Una es espacial, pero la otra cosa que hacemos es multiplexación basada en diferentes vías de transferencia de electrones que tienen diferentes potenciales de oxidación, explica Ajo-Franklin.

Los investigadores también quieren explorar si se puede diseñar una cadena de transporte de electrones similar en otros microbios, como los que pueden vivir en agua salada o salobre, como coli No apto para analizar todo tipo de muestras de agua.