Integrated devices for the concentration and detection of waterborne bacteria

Resumen

La monitorización de la calidad del agua tiene como objetivo proteger a los consumidores de enfermedad causadas por patógenos transmitidos por ingestión, aspiración (transmisión por aire), o contacto con aguas contaminadas. En las últimas décadas, la tecnología de biosensores se ha postulado como una de las alternativas más prometedoras para sustituir los métodos convencionales tediosos, voluminosos y que requieres largos tiempos de ensayo. Sin embargo, la mayoría de los biosensores carecen de la capacidad para procesar los grandes volúmenes de agua requeridos por las regulaciones actuales establecidas para calidad microbiana del agua, lo que se traduce en altos límites de detección. En este sentido, el desarrollo de dispositivos capaces de integrar la concentración de bacterias presentes en grandes volúmenes de agua, y su detección se convierte en un tema de relevancia. Como es el caso de la mayoría de las bacterias, Escherichia coli y Legionella pneumophila requieren ser marcados para ser detectables. Por lo tanto, se ha desarrollado un inmunoensayo en el filtro, que emplea la membrana utilizada para la concentración, también como soporte para la inmunodetección. El mayor inconveniente del uso de membranas de microfiltración como soporte para la inmunodetección es la unión inespecífica de anticuerpos a la propia membrana, dando como resultado falsos positivos. Por lo tanto, se han probado diferentes materiales de membrana, reactivos de bloqueo de membrana y lavados de anticuerpos para encontrar la mejor combinación para la detección rápida de E. coli y Legionella. La inmunodetección se lleva a cabo utilizando anticuerpos marcados enzimáticamente con horseradish peroxidasa (HRP) y 3,3',5,5'-tetrametilbencidina (TMB) como sustrato. Por lo tanto, como TMB se usa ampliamente como sustrato colorimétrico o redox, se ha demostrado que el inmunoensayo desarrollado en el filtro se puede acoplar tanto a medidas de absorbancia como de cronoamperometría. El ensayo completo lleva 2 h, reduciendo significativamente el tiempo necesario para los métodos convencionales (2-10 días) y proporcionando un límite de detección inferior a 10 UFC·mL-1, lo que podría permitir alcanzar los límites establecidos por los estándares de regulación. El dispositivo desarrollado también se ha adaptado para la detección de cianobacterias. Las cianobacterias contienen pigmentos capaces de absorber la luz y emitir fluorescencia de forma natural, actuando como biorreceptores intrínsecos. Además, el pigmento fotosintético ficocianina (PhC) permite distinguir las cianobacterias de las algas eucariotas. Por lo tanto, el dispositivo de concentración se ha provisto de elementos ópticos necesarios para la detección de cianobacterias en el filtro. Se ha implementado un diodo emisor de luz (LED) para excitar la PhC y un detector que recolecta su emisión de fluorescencia, además de integrar la electrónica necesaria para su control. El sistema desarrollado puede detectar concentraciones de cianobacterias dentro del nivel de vigilancia establecido por la OMS (<500 células·mL-1) en menos de 10 minutos, incluso en muestras reales. Además, el uso de componentes ópticos miniaturizados de bajo coste ha permitido el diseño y desarrollo de un prototipo simple y portátil para la detección y cuantificación rápida e in-situ de cianobacterias en muestras de agua. El rendimiento y la versatilidad demostradas por la plataforma de detección microbiana diseñada y probada en esta tesis, nos permite pensar en esta nueva tecnología como una alternativa viable hacia un sistema de detección rápido y rentable para la monitorización de la calidad microbiana del agua.

Fecha de lectura	4 sept 2020
Idioma original	Inglés
Supervisor	Naroa Uria Molto (Director/a), Francisco Javier Muñoz Pascual (Director/a) & Jordi Mas Gordi (Director/a)