Denemarken, net als veel andere Europese landen, is gelukkig. Als we onszelf een verfrissend glas kraanwater inschenken, over bacteriën hoeven we ons over het algemeen geen zorgen te maken.

Dankzij goed gecontroleerde water- en sanitatiesystemen, we hebben zeer lage percentages van bacteriële besmetting in onze drinkwatervoorziening. En toch kunnen we af en toe nog E.coli vinden, vooral in open watertanks waar het een risico voor de volksgezondheid kan vormen.

Bestaande methoden om E.coli te detecteren zijn traag en vaak duur, dus gingen we op zoek naar een snellere, goedkopere aanpak met behulp van een kleine biosensor die wordt bediend vanaf uw smartphone.

Uitwerpselen vinden in drinkwater

Wetenschappelijk gesproken, E. coli is een normale flora in het darmkanaal van zoogdieren. Dus als we het in een waterlichaam vinden, zoals een meer of een beek, of het water dat uit je kraan komt, het duidt op fecale besmetting. Ja dat klopt, poep vervuild drinkwater door lekkages van het sanitair systeem.

Het kan ook wijzen op de aanwezigheid van andere pathogenen zoals andere bacteriën, virussen, en parasieten, die absoluut het beste vermeden kunnen worden. Inname van dergelijke ziekteverwekkers kan diarree en cholera veroorzaken, terwijl parasieten braken en het prikkelbare darm syndroom kunnen veroorzaken.

Niet verwonderlijk dus, snelle en gevoelige monitoring om deze ziekteverwekkers in een vroeg stadium op te sporen, is essentieel om de volksgezondheid te beschermen.

Een nano-detective in je telefoon

De Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) beschouwt drinkwater als veilig en schoon als het absoluut geen bacteriën bevat - geen enkele bacterie in 100 milliliter water.

Dit is alsof je een enkele vis in de hele oceaan probeert te vinden. Een lastige klus!

We kunnen dit doen door de bacteriën die uit een watermonster zijn gehaald gedurende 24 tot 48 uur in een specifiek medium te laten groeien, en bestudeer het dan onder een microscoop om te zien of het E. coli bevat.

Deze methode werkt, maar het kan tot drie dagen duren om te voltooien en moet worden uitgevoerd door een getrainde specialist - niet geweldig in een noodsituatie. Ze kosten ook veel geld - tot $ 55 voor een commerciële dienst.

Onze nieuwe sensor daarentegen, detecteert de E. coli direct in een watermonster. En in tegenstelling tot de traditionele methode, het kan een enkele cel van E. coli in minder dan een uur detecteren.

Hoe het werkt

Het gebruikt iets dat DNA-magnetische deeltjestechnologie wordt genoemd, die in wezen specifieke bacteriën opspoort en isoleert met behulp van veel kleine, nano-gerangschikte magneten, die kan worden gemeten door een speciaal apparaat dat wordt bestuurd door een app op je telefoon.

Om te analyseren op verontreiniging neem je eerst een watermonster en voeg je de minuscule magnetische deeltjes toe, die zijn ontworpen om specifieke bacteriën op te sporen en eraan te binden, in dit geval E. coli.

Vervolgens steekt u een sensorstrip in het watermonster. Dit is een andere magneet die de DNA-magnetische deeltjes aantrekt, gebonden aan de E. coli. De strip wordt vervolgens ingebracht in een apparaat dat een elektrochemische meting uitvoert en daardoor eventuele E. coli in het monster detecteert.

Nieuwe sensor verslaat andere geavanceerde detectietechnieken

Natuurlijk is onze sensor niet het enige geavanceerde hulpmiddel dat E. coli kan detecteren. Er zijn momenteel verschillende andere technologieën beschikbaar. De meeste gebruiken optische en elektrische metingen om bacteriën te detecteren.

optische technieken, detecteren vaak veranderingen in kleur of fluorescentie van organismen in een watermonster. Maar deze techniek kan alleen worden gebruikt in monsters van helder water, en is dus niet veel bruikbaar in troebele of troebele rivierwatermonsters, bijvoorbeeld. Deze monsters moeten eerst worden gefilterd voordat ze kunnen worden geanalyseerd, een extra stap toevoegen, en dus tijd, naar het proces.

Elektrische metingen detecteren bacteriën wanneer ze een afname van elektrisch signaal registreren vanwege de isolerende eigenschappen van de bacteriële celwand. Deze techniek is nuttig omdat deze ook kan worden geminiaturiseerd, zoals onze smartphone-biosensor, en het kan worden geïnstalleerd om een ​​waterbron continu te bewaken.

Maar het heeft één groot nadeel:het resulteert vaak in valse signalen van deeltjes van dezelfde grootte als bacteriën.

Een snelle, gerichte aanpak

Door DNA-magnetische deeltjes te gebruiken, kunnen we ons richten op specifieke bacteriën, in dit geval E. coli, en negeer andere veelvoorkomende soorten bacteriën, die anders het E. coli-signaal zouden verstoren. Bijvoorbeeld, Bacil, die in rivieren over de hele wereld voorkomt.

Door zich op één bepaald type bacteriën te richten, kunt u extra voorbehandelingsstappen elimineren, zoals filtratie om andere bacteriën te verwijderen, zoals Bacillus.

We hebben ook ontdekt dat het mogelijk is om meer dan één DNA-sequentie te gebruiken om meerdere bacteriën in een watermonster te detecteren. We noemen dit multiplexdetectie en het maakt omgevingsmonitoring nog tijd- en kostenvriendelijker.

Er is nog werk aan de winkel voordat de sensor is geoptimaliseerd en klaar is voor gebruik door de industrie. Bijvoorbeeld, we moeten de initiële monsterbehandeling en detectiestappen nog vereenvoudigen, zodat ze allemaal in het apparaat kunnen worden gedaan.

We hope that it will be ready in the next two to three years when this new sensor will be available to monitor drinking water and lead to cleaner water not only in Denmark, but elsewhere in the world, where clean water is often more precious than gold.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan ScienceNordic, de vertrouwde bron voor Engelstalig wetenschappelijk nieuws uit de Scandinavische landen. Lees hier het originele verhaal.