Grumliga gröna algblomningar är mer än ett stort ögonsår; de avslöjar att en vattenförekomst kan vara osäker för att simma eller dricka. För närvarande finns det dock inget effektivt varningssystem för förestående blomningar. Nu har forskare inom ACS Applied Nano Materials rapportera en indikator som ändrar färg när den utsätts för stigande nivåer av alkaliskt fosfatas – ett enzym som förutsäger växtplanktons exponentiella tillväxt. Denna förändring kan upptäckas med blotta ögat eller en smartphone.

Ett överskott av fosfor i sötvattensystem gör att alger, såsom växtplankton och cyanobakterier, växer utom kontroll, vilket gör vattnet till en "ärtsoppa" av dessa organismer. Blomningar kan hota dricksvattenförsörjningen eftersom vissa alger släpper ut obehagliga lukter eller gifter. Men om folk visste när en algblomning sannolikt skulle utvecklas, kunde de hantera det genom att ta bort eller döda algerna innan de blir ett problem. Tidigare har Jingjing Deng och kollegor visat att alkaliskt fosfatas hjälper till att frigöra biotillgänglig fosfor från komplexa föreningar, och att stigande nivåer av enzymet kan förutsäga fosforrelaterade algblomningar. Men nuvarande detektionsmetoder för alkaliskt fosfatas är inte särskilt känsliga eller specifika. Så forskarna ville använda reaktionen katalyserad av alkaliskt fosfatas för att inducera både fluorescens och synliga färgförändringar i ett vattenprov.

För att göra den färgskiftande indikatorn kombinerade forskarna först kopparjoner med guanosin-5-monofosfat och bildade sfäriska nanopartiklar. Därefter inkorporerade de två föreningar (1,1,2,2-tetra(4-karboxylfenyl)etylen och sulforhodamin 101) i nanopartiklarna. Slutresultatet var en djupblå lösning i synligt ljus som fluorescerade en blålila under UV-ljus. I närvaro av alkaliskt fosfatas skiftade lösningen till en rosa färgton och en stark röd fluorescens under UV-ljus.

Forskarna testade indikatorn med vatten från 13 flodplatser som hade begränsad biotillgänglig fosfor, och beräknade röd-till-blå fluorescensförhållanden med en smartphones färgskanningsapp. De fann att den bärbara digitala metoden tillförlitligt detekterade alkaliskt fosfatas och var lika robust som mätningar på bänken av indikatorns fluorescens. Forskarna odlade också toxinproducerande cyanobakterier i labbet, matade dem med komplexa fosforhaltiga föreningar och mätte förändringarna i alkaliskt fosfatas. På den tredje dagen detekterades en stor ökning av enzymaktivitet med både fluorescens och synliga färgförändringar. Några dagar senare växte algerna exponentiellt. Eftersom indikatorn och det smarttelefonbaserade systemet upptäckte aktivitetsökningen före en blomning, säger forskarna att den kan utvecklas för fältövervakning och förutsägelse i realtid. + Utforska vidare

Skadlig algblomning kan upptäckas längs västra Lake Erie