Șase cercetători de la UMF Cluj au dezvoltat un senzor care poate detecta două bacterii periculoase din apă în mai puțin de un minut: Cum funcționează

O tehnologie dezvoltată în urma a aproximativ șase ani de cercetare ar putea schimba modul în care este verificată siguranța apei. Cercetătoarea Andreea Cernat a prezentat, în cadrul UMF Cluj Technology Transfer Day, un procedeu care permite detectarea simultană a unor markeri asociați bacteriilor Escherichia coli și Pseudomonas aeruginosa, printr-o analiză electrochimică rapidă, fără prelucrarea complicată a probelor. Metoda folosește un senzor și un dispozitiv portabil conectat la telefon sau calculator.

O soluție pornită de la problema infecțiilor și a bacteriilor periculoase

Ideea cercetării a apărut în contextul informațiilor despre infecțiile nosocomiale și infecțiile asociate asistenței medicale, despre care Andreea Cernat spune că reprezintă doar o parte dintr-o problemă mai amplă. „Ne-am întrebat ce soluție am avea astfel încât să putem detecta bacteriile prin metode mult mai rapide decât ceea ce există momentan pe piață”, a explicat cercetătoarea.

Studiile au început în perioada 2017-2018, iar în 2023 a fost depusă o cerere de brevet pentru procedeul dezvoltat. La momentul prezentării, aceasta nu se concretizase încă într-un brevet acordat. Cercetătoarea a explicat că metodele convenționale, precum culturile bacteriene, sunt consacrate, dar presupun un timp de așteptare care poate ajunge la câteva zile. Alte tehnici, precum testele PCR, pot oferi rezultate rapide și precise, însă necesită aparatură specializată și personal calificat.

Noua metodă își propune să ofere un instrument suplimentar pentru identificarea rapidă a unor posibili contaminanți, mai ales în situațiile în care este important ca o problemă de siguranță a apei să fie semnalată cât mai repede.

Cum funcționează senzorul care analizează apa

Procedeul se bazează pe detectarea electrochimică a două substanțe asociate bacteriilor vizate: enterobactina, un compus produs de E. coli și de alte bacterii, și piocianina, un pigment caracteristic bacteriei Pseudomonas aeruginosa. Cercetătorii au pornit de la proprietatea acestor compuși de a genera semnale electrochimice distincte. Diferența dintre semnale permite identificarea lor pe aceeași suprafață de măsurare, chiar și atunci când sunt prezenți simultan. „Soluția noastră a fost să analizăm o probă de apă, fără să prelucrăm, fără să facem un sampling foarte complicat sau un pretratament, fără reactivi suplimentari”, a explicat Andreea Cernat.

Practic, o probă de apă este colectată într-un recipient steril, apoi o picătură este aplicată pe suprafața unui electrod comercial. Acesta este conectat la un potențiostat portabil, care transmite datele către un telefon sau un calculator. O aplicație înregistrează semnalele obținute și le interpretează cu ajutorul parametrilor de calibrare.

Un avantaj important este că metoda folosește un electrod cu suprafață de carbon nemodificată, fără să fie necesară construirea unui senzor complex, special pentru această analiză. Potrivit cercetătoarei, măsurarea propriu-zisă poate fi realizată în mai puțin de un minut. Ea a subliniat însă că simplitatea aparentă a procedurii este rezultatul a aproximativ șase ani de muncă și optimizare în laborator.

Dispozitivul ar putea fi folosit în zone cu apă contaminată

Unul dintre avantajele tehnologiei este posibilitatea de a realiza măsurători direct în teren, fără ca fiecare probă să trebuiască transportată obligatoriu într-un laborator pentru o analiză inițială. Cercetătoarea a prezentat posibilitatea utilizării senzorului atât pentru verificarea apei potabile, cât și pentru analiza apelor reziduale. Tehnologia ar putea fi utilă inclusiv în zone afectate de calamități naturale sau în situații de urgență, unde accesul la apă sigură este esențial. „Ne putem gândi la apele potabile, din zone în care au avut loc calamități naturale sau în zone de situații de urgență, în tabere de refugiați, unde apa potabilă poate să prezinte astfel de bacterii”, a explicat Andreea Cernat.

Sistemul imaginat de echipă include electrozi, un potențiostat portabil, o pipetă și recipiente pentru prelevarea probelor. În prezentarea sa, cercetătoarea a estimat că investiția pentru un astfel de kit ar putea fi de aproximativ 1.000–2.000 de euro, în funcție de configurația dispozitivului.

Tehnologia a fost testată pe probe reale și în colaborare cu laboratoare din alte țări

Cercetarea a fost dezvoltată în cadrul proiectului european PatoCert, în colaborare cu un consorțiu internațional. Pe lângă testele realizate în laboratorul echipei din Cluj, metoda a fost evaluată și în cadrul unor validări între laboratoare din Spania. Au fost analizate probe de apă de la robinet, apă potabilă și apă reziduală, inclusiv probe în care au fost introduși compușii urmăriți, în concentrații diferite.

Echipa formată din Victoria-Cecilia Cristea, Mihaela-Claudia Tertiș, Andreea Cernat, Bogdan Feier Oana-Alexandra Hosu-Stancioiu și Alexandra Canciu a urmărit modul în care intensitatea semnalului electrochimic se modifică în funcție de concentrația substanțelor detectate. Potrivit prezentării, senzorul a fost testat inclusiv pe teren, folosind același tip de dispozitiv portabil.

De asemenea, enterobactina nu este exclusivă bacteriei E. coli, fiind produsă și de alte bacterii Gram-negative. Prin urmare, detectarea markerului nu reprezintă, singură, o confirmare absolută a prezenței unei anumite bacterii.

Senzorul ar putea fi adaptat și pentru aplicații medicale

Dincolo de monitorizarea apei, cercetătoarea consideră că tehnologia are un potențial mai larg, deoarece principiul electrochimic poate fi adaptat pentru detectarea altor substanțe. „Această tehnică și acest procedeu este extrem de versatil și poate fi ulterior adaptat pentru alți compuși”, a explicat Andreea Cernat.

Printre posibilele direcții de dezvoltare se numără detectarea unor biomarkeri tumorali sau a unor parametri asociați unor afecțiuni cardiovasculare, inclusiv infarctului miocardic. Acestea sunt însă perspective de aplicare, nu rezultate care trebuie considerate deja validate clinic.