Ученые узнали, как повысить чувствительность систем оценки загрязнения воды
Стабильность и чувствительность сенсорных систем смогли повысить с помощью выращенных на наноматериалах микробных биопленок сотрудники Тульского государственного университета (ТулГУ), 26 сентября сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу Минобрнауки РФ.
Биопленки образуются колонией микроорганизмов, живущих на одной поверхности. Такие биопленки, формирующиеся на поверхности тканей организма человека, могут вызывать проблемы со здоровьем, при этом они более устойчивы к антисептикам и антибиотикам, чем свободноживущие бактерии.
Однако ученые находят биопленкам полезное применение — их используют в новых технологиях получения зеленой энергии, переработки отходов и создания сенсорных систем.
Наиболее коммерчески доступные биосенсоры для мониторинга окружающей среды основаны на электрохимическом определении скорости образования продуктов реакции микроорганизмов или потребления ими кислорода.
Для таких целей они должны быть прочными и химически устойчивыми, выдерживая различный состав среды, большие скорости потока, колебания потенциала и плотности электрического тока.
Сенсорные системы для оценки загрязнения воды обычно применяют суспензию одного или нескольких микроорганизмов или же активный ил.
Ученые ТулГУ разработали метод направленного выращивания на наноматериалах устойчивых микробных биопленок активного ила, что позволило им получить биоэлектрохимические системы, обладающие уникальными свойствами.
При использовании электроактивных микроорганизмов на поверхности электрода может формироваться устойчивая биопленка за счет образования внеклеточного полимерного вещества, которым микроорганизмы прикрепляются к поверхности электрода.
Полученные таким образом сенсоры становятся устойчивыми к колебаниям кислотности среды и наличию различных токсических веществ, в том числе тяжелых металлов.
При этом, как сообщают исследователи, такие биопленки могут взаимодействовать с электрохимическим сенсором (электродом из графитовой пасты, модифицированным нанотрубками) и переносить на него электроны без участия посторонних химических веществ.
Руководитель стратегического проекта «БиоХимТех» программы «Приоритет 2030», ведущий научный сотрудник лаборатории биологически активных соединений и биокомпозитов ТулГУ Вячеслав Арляпов пояснил:
«Использование электроактивных биопленок микроорганизмов в рецепторных системах является перспективным подходом для повышения стабильности и чувствительности сенсорных систем для оценки загрязнения воды».
Электроактивные свойства биопленок некоторых микроорганизмов были открыты относительно недавно, и поиск таких микроорганизмов является сложным и трудоемким. А добиться, чтобы биопленки микроорганизмов начали переносить электроны на электрод, — еще труднее.
И тут на помощь приходят проводящие графитовые наноматериалы с изученными и стандартизированными характеристиками. Сопряжение таких наноматериалов с микробными биопленками способно значительно повысить эффективность создаваемых биоэлектрохимических систем.
Исследователи представили результаты своей работы в статье «Электроактивные биопленки микроорганизмов активного ила на наноструктурированной поверхности как основа высокочувствительного биосенсора биохимического потребления кислорода», опубликованной в журнале MDPI Sensors.
