Att hitta snabba och enkla sätt att upptäcka E. coli i dricksvatten är avgörande för att undvika folkhälsorisker. Upphovsman:Shutterstock
Danmark, som många andra europeiska länder, har tur. När vi häller upp ett uppfriskande glas kranvatten, vi behöver i allmänhet inte oroa oss för bakterier.
Tack vare välkontrollerade vatten- och sanitetssystem, vi har mycket låga bakteriekontaminer i vårt dricksvattentillförsel. Och ändå kan vi fortfarande hitta E.coli då och då, särskilt i öppna vattentankar där det kan utgöra en folkhälsorisk.
Befintliga metoder för att upptäcka E.coli är långsamma och ofta dyra, så vi bestämde oss för att utveckla en snabbare, billigare tillvägagångssätt med en liten biosensor som drivs från din smartphone.
Att hitta avföring i dricksvatten
Vetenskapligt sett E. coli är en normal flora i däggdjurs tarmspår. Så när vi hittar det i en vattenkropp, som en sjö eller en bäck, eller vattnet som kommer ut ur kranen, det indikerar fekal kontaminering. Ja det stämmer, poo förorenat dricksvatten på grund av läckage från sanitetssystemet.
Det kan också indikera förekomsten av andra patogener som andra bakterier, virus, och parasiter, som definitivt bäst undviks. Intag av sådana patogener kan orsaka diarré och kolera, medan parasiter kan orsaka kräkningar och irritabelt tarmsyndrom.
Föga förvånande därför, snabb och känslig övervakning för att upptäcka dessa patogener tidigt är viktigt för att skydda folkhälsan.
En nano -detektiv i din telefon
Världshälsoorganisationen (WHO) anser att dricksvatten är säkert och rent när det absolut inte innehåller några bakterier - inte en enda bakterie i 100 milliliter vatten.
Det här är som att försöka hitta en enda fisk i hela havet. En knepig uppgift!
Vi kan göra det genom att odla bakterierna som extraheras från ett vattenprov i ett specifikt medium i 24 till 48 timmar, och sedan studera det under ett mikroskop för att se om det innehåller någon E. coli.
Denna metod fungerar men det kan ta upp till tre dagar att slutföra och måste utföras av en utbildad specialist - inte bra i en nödsituation. De kostar också mycket pengar - upp till 55 $ USA för en kommersiell tjänst.
Vår nya sensor å andra sidan, detekterar E. coli direkt i ett vattenprov. Och till skillnad från den traditionella metoden, den kan detektera en enda cell av E. coli på mindre än en timme.
Hur det fungerar
Sensorn använder DNA-modifierade magnetiska partiklar som läggs till ett vattenprov. Dessa binder till E. coli och isoleras av en annan större magnet. Partiklarna analyseras sedan för E. coli med hjälp av en enhet som styrs av en smartphone.
Den använder något som kallas DNA-magnetisk partikelteknik, som i huvudsak söker efter och isolerar specifika bakterier med massor av små, magneter i nanostorlek, som kan mätas med en speciell enhet som styrs av en app på din telefon.
För att analysera för kontaminering tar du först ett vattenprov och lägger till de små magnetiska partiklarna, som är utformade för att söka efter och binda till specifika bakterier, i detta fall E. coli.
Du sätter sedan in en sensorremsa i vattenprovet. Detta är en annan magnet som lockar till sig de DNA-magnetiska partiklarna, bunden till E. coli. Remsan sätts sedan in i en anordning som tar en elektrokemisk mätning och därigenom detekterar eventuell E. coli i provet.
Ny sensor slår andra avancerade detektionstekniker
Naturligtvis är vår sensor inte det enda avancerade verktyget som kan upptäcka E. coli. Flera andra tekniker är för närvarande tillgängliga. De flesta av dem använder optiska och elektriska mätningar för att upptäcka bakterier.
Optiska tekniker, upptäcker ofta förändringar i färg eller fluorescens av organismer i ett vattenprov. Men denna teknik kan bara användas i klart vattenprov, och det används inte mycket i grumliga eller grumliga flodvattenprover, till exempel. Dessa prover måste först filtreras innan de kan analyseras, lägga till ett ytterligare steg, och därför tid, till processen.
Elektriska mätningar upptäcker bakterier när de registrerar en minskning av elektrisk signal på grund av bakteriecellväggens isolerande egenskaper. Denna teknik är användbar eftersom den också kan miniatyriseras, som vår smartphone -biosensor, och den kan installeras för att kontinuerligt övervaka en vattenkälla.
Men det har en stor nackdel:Det resulterar ofta i falska signaler från partiklar av samma storlek som bakterier.
En snabb, riktat tillvägagångssätt
Genom att använda DNA-magnetiska partiklar kan vi rikta specifika bakterier, i detta fall E. coli, och ignorera andra vanliga typer av bakterier, som annars skulle störa E. coli -signalen. Till exempel, Bacill, som förekommer i floder runt om i världen.
Genom att rikta in dig på en särskild typ av bakterier kan du eliminera ytterligare förbehandlingar, såsom filtrering för att ta bort andra bakterier, som Bacillus.
Vi har också upptäckt att det är möjligt att använda mer än en DNA -sekvens för att detektera flera bakterier i ett vattenprov. Vi kallar detta multiplexdetektering och det gör miljöövervakning ännu mer tids- och kostnadseffektiv.
Det återstår att göra innan sensorn är optimerad och redo att användas av industrin. Till exempel, vi behöver fortfarande förenkla den första provbehandlingen och avkänningsstegen så att de alla kan göras i enheten.
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.
Denna berättelse publiceras igen med tillstånd av ScienceNordic, den pålitliga källan till engelskspråkiga vetenskapliga nyheter från de nordiska länderna. Read the original story here.
