La fluorescenza di una soluzione di indicatore e i cambiamenti di colore visibili potrebbero essere utilizzati per prevedere le imminenti fioriture algali. Credito:mivod/Shutterstock.com
Le fioriture di alghe verde scuro sono più di un grande pugno nell'occhio; rivelano che uno specchio d'acqua potrebbe non essere sicuro per nuotare o bere. Attualmente, tuttavia, non esiste un sistema di allerta efficace per le fioriture imminenti. Ora, i ricercatori di materiali nano applicati ACS segnalano un indicatore che cambia colore se esposto a livelli crescenti di fosfatasi alcalina, un enzima che prevede la crescita esponenziale del fitoplancton. Questa modifica può essere rilevata ad occhio nudo o da uno smartphone.
Un eccesso di fosforo nei sistemi di acqua dolce fa sì che le alghe, come il fitoplancton e i cianobatteri, crescano senza controllo, trasformando l'acqua in una "zuppa di piselli" di questi organismi. Le fioriture possono minacciare l'approvvigionamento di acqua potabile perché alcune specie di alghe rilasciano odori sgradevoli o tossine. Ma se le persone sapessero quando è probabile che si sviluppi una fioritura algale, potrebbero gestirla rimuovendo o uccidendo le alghe prima che diventino un problema. In precedenza, Jingjing Deng e colleghi hanno dimostrato che la fosfatasi alcalina aiuta a rilasciare fosforo biodisponibile da composti complessi e che i livelli crescenti dell'enzima potrebbero prevedere fioriture algali legate al fosforo. Tuttavia, gli attuali metodi di rilevamento della fosfatasi alcalina non sono molto sensibili o specifici. Quindi, i ricercatori hanno voluto utilizzare la reazione catalizzata dalla fosfatasi alcalina per indurre sia la fluorescenza che i cambiamenti di colore visibili in un campione d'acqua.
Per realizzare l'indicatore che cambia colore, i ricercatori hanno prima combinato ioni rame con guanosina-5-monofosfato, formando nanoparticelle sferiche. Successivamente, hanno incorporato due composti (1,1,2,2-tetra(4-carbossilfenil)etilene e sulforhodamina 101) all'interno delle nanoparticelle. Il risultato finale è stata una soluzione blu intenso nella luce visibile che ha emesso una fluorescenza di un viola bluastro alla luce UV. In presenza di fosfatasi alcalina, la soluzione assumeva una tonalità rosata e una forte fluorescenza rossa alla luce UV.
I ricercatori hanno testato l'indicatore con l'acqua di 13 località fluviali che avevano un fosforo biodisponibile limitato, calcolando i rapporti di fluorescenza rosso-blu con l'app di scansione a colori di uno smartphone. Hanno scoperto che il metodo digitale portatile rilevava in modo affidabile la fosfatasi alcalina ed era robusto quanto le misurazioni da banco della fluorescenza dell'indicatore. I ricercatori hanno anche coltivato cianobatteri produttori di tossine in laboratorio, nutrendoli con composti contenenti fosforo complessi e misurato i cambiamenti della fosfatasi alcalina. Il terzo giorno è stato rilevato un forte aumento dell'attività enzimatica con fluorescenza e cambiamenti di colore visibili. Pochi giorni dopo, le alghe stavano crescendo in modo esponenziale. Poiché l'indicatore e il sistema basato su smartphone hanno rilevato l'aumento di attività prima di una fioritura, i ricercatori affermano che potrebbe essere sviluppato per il monitoraggio e la previsione sul campo in tempo reale. + Esplora ulteriormente
