Danimarca, come molti altri paesi europei, è fortunato. Quando ci versiamo un rinfrescante bicchiere di acqua del rubinetto, generalmente non dobbiamo preoccuparci dei batteri.

Grazie a sistemi idrici e sanitari ben controllati, abbiamo tassi molto bassi di contaminazione batterica nella nostra fornitura di acqua potabile. Eppure possiamo ancora trovare E.coli di tanto in tanto, soprattutto in serbatoi di acqua aperta dove può rappresentare un rischio per la salute pubblica.

I metodi esistenti per rilevare E.coli sono lenti e spesso costosi, così abbiamo deciso di sviluppare un più veloce, approccio più economico utilizzando un piccolo biosensore azionato dal tuo smartphone.

Trovare feci nell'acqua potabile

Scientificamente parlando, E. coli è una flora normale nel tratto intestinale dei mammiferi. Quindi, quando lo troviamo in un corpo idrico, come un lago o un ruscello, o l'acqua che esce dal tuo rubinetto, indica contaminazione fecale. Sì, è giusto, cacca di acqua potabile contaminata a causa di perdite dal sistema igienico-sanitario.

Può anche indicare la presenza di altri agenti patogeni come altri batteri, virus, e parassiti, che è sicuramente meglio evitare. L'ingestione di tali agenti patogeni può causare diarrea e colera, mentre i parassiti possono causare vomito e sindrome dell'intestino irritabile.

Non sorprende quindi, un monitoraggio rapido e sensibile per rilevare precocemente questi agenti patogeni è essenziale per proteggere la salute pubblica.

Un nano detective nel tuo telefono

L'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) considera l'acqua potabile sicura e pulita quando non contiene assolutamente batteri, non un singolo batterio in 100 millilitri di acqua.

È come cercare di trovare un solo pesce in tutto l'oceano. Un compito difficile!

Possiamo farlo coltivando i batteri estratti da un campione di acqua in un terreno specifico per 24-48 ore, e poi studiandolo al microscopio per vedere se contiene E. coli.

Questo metodo funziona ma può richiedere fino a tre giorni per essere completato e deve essere eseguito da uno specialista qualificato, non eccezionale in una situazione di emergenza. Costano anche un sacco di soldi, fino a 55 $ USA per un servizio commerciale.

Il nostro nuovo sensore invece, rileva l'E. coli direttamente in un campione d'acqua. E a differenza del metodo tradizionale, può rilevare una singola cellula di E. coli in meno di un'ora.

Come funziona

Usa qualcosa chiamata tecnologia delle particelle magnetiche del DNA, che essenzialmente cerca e isola batteri specifici usando molti piccoli, magneti di dimensioni nanometriche, che può essere misurato da uno speciale dispositivo controllato da un'app sul telefono.

Per analizzare la contaminazione, prendi prima un campione d'acqua e aggiungi le minuscole particelle magnetiche, che sono progettati per cercare e legarsi a batteri specifici, in questo caso E. coli.

Quindi inserire una striscia sensore nel campione d'acqua. Questo è un altro magnete che attrae le particelle magnetiche del DNA, legato all'E. coli. La striscia viene quindi inserita in un dispositivo che esegue una misurazione elettrochimica e quindi rileva l'eventuale presenza di E. coli nel campione.

Il nuovo sensore batte altre tecniche di rilevamento avanzate

Ovviamente il nostro sensore non è l'unico strumento avanzato in grado di rilevare E. coli. Attualmente sono disponibili diverse altre tecnologie. La maggior parte di essi utilizza misurazioni ottiche ed elettriche per rilevare i batteri.

tecniche ottiche, spesso rilevano cambiamenti di colore o fluorescenza di organismi in un campione d'acqua. Ma questa tecnica può essere utilizzata solo in campioni di acqua limpida, e quindi non è molto utile in campioni di acqua di fiume torbida o torbida, Per esempio. Questi campioni dovrebbero prima essere filtrati prima di poter essere analizzati, aggiungendo un ulteriore passaggio, e quindi tempo, al processo.

Le misurazioni elettriche rilevano i batteri quando registrano una diminuzione del segnale elettrico a causa delle proprietà isolanti della parete cellulare batterica. Questa tecnica è utile in quanto anch'essa può essere miniaturizzata, come il nostro biosensore per smartphone, e può essere installato per monitorare continuamente una fonte d'acqua.

Ma ha un grosso svantaggio:spesso provoca falsi segnali da particelle delle stesse dimensioni dei batteri.

un veloce, approccio mirato

L'uso di particelle magnetiche del DNA ci consente di mirare a batteri specifici, in questo caso E. coli, e ignorare altri tipi comuni di batteri, che altrimenti interferirebbe con il segnale di E. coli. Per esempio, Bacillo, che si verifica nei fiumi di tutto il mondo.

Prendendo di mira un particolare tipo di batteri è possibile eliminare ulteriori passaggi di pretrattamento, come la filtrazione per rimuovere altri batteri, come Bacillo.

Abbiamo anche scoperto che è possibile utilizzare più di una sequenza di DNA per rilevare più batteri in un campione d'acqua. Chiamiamo questo rilevamento multiplexing e rende il monitoraggio ambientale ancora più rapido e conveniente.

C'è ancora del lavoro da fare prima che il sensore sia ottimizzato e pronto per essere utilizzato dall'industria. Per esempio, we still need to simplify the initial sample treatment and sensing steps so that they can all be done in the device.

We hope that it will be ready in the next two to three years when this new sensor will be available to monitor drinking water and lead to cleaner water not only in Denmark, but elsewhere in the world, where clean water is often more precious than gold.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di ScienceNordic, la fonte affidabile per le notizie scientifiche in lingua inglese dai paesi nordici. Leggi la storia originale qui.