Coppe desenvolve sensor que detecta coliformes fecais na água em apenas 20 minutos

Pesquisadores do Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia (Coppe/UFRJ) desenvolveram um sensor que detecta coliformes fecais na água. O resultado sai em apenas 20 minutos enquanto os métodos atuais levam até dois dias. A inovação foi criada pelo Laboratório de Instrumentação e Fotônica (LIF), coordenado pelo professor Marcelo Werneck, e o estudo foi publicado recentemente na revista Polymers.

Atualmente, os processos são complexos, caros e demorados. Os biossensores podem ser reproduzidos em larga escala por um custo baixo. A ideia é que o protótipo final possa ser utilizado em lugares remotos e que necessitem da verificação da qualidade da água. De acordo com o Instituto Trata Brasil, cerca de 16% da população brasileira não têm acesso a água tratada em casa. “A nanotecnologia permite melhorar, consideravelmente, a aderência da armadilha de anticorpos, aumentando a sensibilidade do resultado”, afirma a professora Regina Célia Allil, que integra o projeto.

O dispositivo utiliza os feixes luminosos de fibras óticas para identificar alterações causadas na água pelas bactérias da espécie Escherichia coli. Os pesquisadores comparam a reação de uma fibra com e sem anticorpos que reagem à presença bacteriana e “qualquer alteração na superfície da fibra afeta a intensidade de luz recebida na outra extremidade do sensor permite a detecção de alterações microscópicas, como a causada por bactérias”, explica o coordenador do LIF.

A Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (Faperj) já investiu mais de 1 milhão de reais na pesquisa. O estudo faz parte da Rede de Nanotecnologia “Pesquisa Cooperativa em Materiais Nanoestruturados e Engenharia de Dispositivos Funcionais” e também recebe apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

Como operam fibras óticas para detectar alterações na água causadas por bactérias

Marcelo Werneck explica que a fibra óptica do sensor funciona de forma semelhante às usadas nas telecomunicações. “Porém, ao invés de feixes de sílica, nós usamos fibras ópticas plásticas POF (da sigla em inglês, plastic optical fiber), que são mais baratas e mais fáceis de manipular. Elas transmitem feixes de luz de uma extremidade à outra dentro do dispositivo e, qualquer alteração na superfície da fibra afeta a intensidade de luz recebida na outra extremidade do sensor, permitindo a detecção de alterações microscópicas, como a causada por bactérias”, explica o professor da Coppe.

A professora Regina Célia Allil, também do Programa de Engenharia Elétrica da Coppe, faz parte do projeto e explica que, para a detecção de microrganismos, anticorpos específicos são fixados na superfície da fibra, usando nanopartículas de ouro. “Esses anticorpos capturam as bactérias de Escherichia coli que possam estar presentes na água. A nanotecnologia permite melhorar, consideravelmente, a aderência da armadilha de anticorpos, aumentando a sensibilidade do resultado”, ressalta.

O dispositivo, desenvolvido no Laboratório de Instrumentação e Fotônica (LIF) da Coppe, opera ainda com dois sensores de fibra óptica em paralelo: um contendo os anticorpos e outro sem. A comparação dos resultados entre eles permite identificar a presença de bactérias Escherichia coli com elevada seletividade, eliminando a interferência de outros detritos que possam estar na água.

Vantagens e aplicações

Os biossensores desenvolvidos oferecem vantagens significativas em comparação aos métodos tradicionais de detecção de contaminação da água, que são complexos, caros e demorados. Os biossensores desenvolvidos pela equipe da Coppe exigem menos materiais, menos mão de obra e oferecem resultados em 20 minutos, com um treinamento mínimo necessário para seu uso. Os professores afirmam que é viável reproduzir esse sensor em larga escala e o custo é muito pequeno. O objetivo é que o protótipo final seja um dispositivo móvel e portátil, que possa ser facilmente transportado para medições diretamente nos locais suspeitos de contaminação e utilizado em campanhas ou missões no interior do país.

Expectativa é de chegar a um protótipo mais compacto e mais sensível ainda este ano

A equipe do LIF/Coppe desenvolve essa pesquisa há cerca de dez anos, no entanto, ainda faltam algumas etapas para conquistar um protótipo ideal. “Estamos estudando qual é o prazo de duração dessa fibra óptica funcionalizada com anticorpos. E também queremos aumentar ainda mais a sensibilidade, para detectar se a água está apta para consumo humano”, afirma Werneck, acrescentando que acredita em chegar a um produto mais compacto e sensível ainda este ano.

A pesquisa faz parte da Rede de Nanotecnologia “Pesquisa Cooperativa em Materiais Nanoestruturados e Engenharia de Dispositivos Funcionais”, financiada pela Faperj. A Fundação apoia um bolsista de pós-doutorado e um de iniciação científica e investiu cerca de R$1.158.000 na pesquisa. Além disso, o projeto também recebe apoio do CNPq.

* Com Marina Verjovsky, da Faperj

* Com informações da Coppe/UFRJ