Un equipo de ingenieros de NUS ha desarrollado un sistema altamente sensible que utiliza un teléfono inteligente para detectar rápidamente la presencia de algas productoras de toxinas en el agua en 15 minutos. Esta invención puede generar resultados de pruebas in situ, y los hallazgos se pueden informar en tiempo real utilizando las capacidades de comunicación inalámbrica del teléfono inteligente.

Este avance tecnológico podría desempeñar un papel importante en la prevención de la propagación de microorganismos nocivos en entornos acuáticos. que podría amenazar la salud pública mundial y causar problemas ambientales.

El equipo de NUS, dirigido por el profesor asistente Bae Sung Woo de NUS Civil and Environmental Engineering, publicó por primera vez los resultados en línea en una revista científica Algas nocivas el 25 de julio.

Desafíos actuales del monitoreo de la calidad del agua

Un aumento repentino en el volumen de algas y sus toxinas asociadas en los lagos, estanques ríos y las aguas costeras pueden afectar negativamente la calidad del agua, y a la vez, puede tener efectos desfavorables en la salud humana, ecosistemas acuáticos, y suministro de agua. Por ejemplo, en 2015, una floración de algas acabó con más de 500 toneladas de peces en Singapur, y provocó que algunos piscicultores perdieran millones de dólares.

Los métodos convencionales de detección y análisis de algas requieren mucho tiempo, y requieren equipos especializados y costosos, así como operadores capacitados para realizar análisis y muestreo del agua. Un enfoque es probar la presencia de clorofila utilizando instrumentos complejos que cuestan más de S $ 3, 000 (US $ 2, 200). Otro método común es realizar análisis citométricos y de imágenes para detectar células de algas; este método involucra equipos que cuestan más de S $ 100, 000 (US $ 73, 000).

"En la actualidad, puede tomar un día o más recolectar muestras de agua de un sitio, traerlos de vuelta al laboratorio para su análisis, y analizar los resultados. Este largo tiempo de espera no es práctico para monitorear la proliferación de algas, dado que la gestión de las fuentes de contaminación y las aguas afectadas podría ralentizarse, "explicó el profesor asistente Bae.

Para abordar los desafíos actuales en el monitoreo de la calidad del agua, El profesor asistente Bae y su equipo tardaron un año en desarrollar el novedoso dispositivo que monitorea la calidad del agua microbiana rápidamente y con alta confiabilidad.

Nueva tecnología 'lab-on-a-chip':más barata, más pequeño y muy sensible

La nueva invención de NUS consta de tres secciones:un chip de microfluidos, un teléfono inteligente, y una plataforma impresa en 3D personalizable que alberga componentes eléctricos y ópticos, como una fuente de alimentación portátil y una luz LED.

El chip se recubre primero con ftalocianina de óxido de titanio, un tipo de material a base de polímero fotoconductor. La capa fotoconductora juega el papel importante de guiar las gotas de agua para que se muevan a lo largo del chip durante el proceso de análisis.

Luego, el chip recubierto se coloca en la parte superior de la pantalla de un teléfono inteligente, que proyecta un patrón de regiones claras y oscuras en el chip. Cuando las gotas de la muestra de agua se depositan en la superficie del chip, una diferencia de caída de voltaje, creado por las áreas claras y oscuras iluminadas en la capa fotoconductora, modifica la tensión superficial de las gotas de agua. Esto hace que las gotas de agua se muevan hacia las áreas iluminadas oscuras. Al mismo tiempo, este movimiento induce a que las gotas de agua se mezclen con una sustancia química que tiñe las células de algas presentes en la muestra de agua. La mezcla está guiada por los patrones de luz hacia la cámara del teléfono inteligente.

Próximo, una fuente de luz LED y un filtro verde incrustado en la plataforma impresa en 3-D, cerca de la cámara del teléfono inteligente, crear las condiciones adecuadas para que la cámara capture imágenes fluorescentes de las células de algas teñidas. Las imágenes se pueden enviar a una aplicación en el teléfono inteligente para contar la cantidad de células de algas presentes en la muestra. Las imágenes también se pueden enviar de forma inalámbrica a otra ubicación a través del teléfono inteligente para cuantificar la cantidad de células de algas. Todo el proceso de análisis se puede completar en 15 minutos.

Este dispositivo portátil y fácil de usar cuesta menos de S $ 300 (US $ 220), sin incluir el teléfono inteligente, y pesa menos de 600 gramos. El kit de prueba también es muy sensible, por lo tanto, solo se necesita una pequeña cantidad de muestra de agua para generar resultados confiables.

Alta precisión de detección del 90 por ciento

El equipo de investigación de NUS probó su sistema utilizando muestras de agua recolectadas del mar y embalses. Las muestras de agua se filtraron y se enriquecieron con cantidades específicas de cuatro tipos diferentes de algas productoras de toxinas:dos tipos de algas de agua dulce. C. reinhardtii y M. aeruginosa , y dos tipos de algas de agua marina Amphiprora sp y C. closterium . Experimentos con el nuevo dispositivo y un hemocitómetro, una técnica estándar de conteo de células comúnmente utilizada para el monitoreo de la calidad del agua, se realizaron para probar la presencia de algas.

El nuevo sistema de teléfono inteligente pudo detectar los cuatro tipos de algas con una precisión del 90 por ciento, comparable con los resultados generados por el hemocitómetro.

Asst Prof Bae compartió, "La combinación de preparación de muestras en chip, la captura y el análisis de datos hacen que nuestro sistema sea único. Con esta herramienta, Las pruebas de calidad del agua se pueden realizar en cualquier momento y en cualquier lugar. Este nuevo método también es muy rentable, ya que el chip de microfluidos se puede lavar y reutilizar. Este dispositivo será particularmente útil para los piscicultores que necesitan monitorear la calidad del agua de sus estanques de peces a diario ".

Este proyecto fue apoyado por la Fundación Nacional de Investigación de Singapur a través de su Programa de Investigación y Desarrollo de Ciencias Marinas, y el Ministerio de Educación.

Comercialización y estudios posteriores

El equipo de investigación está actualmente en conversaciones con socios de la industria para comercializar su tecnología.

Los investigadores de NUS también están desarrollando un nuevo chip de microfluidos que se puede integrar con una versión modificada de la actual plataforma de teléfonos inteligentes impresa en 3D para detectar la presencia de patógenos transmitidos por los alimentos como la salmonela y otros patógenos infecciosos.