A descarga de efluentes orgânicos – resíduos biodegradáveis ​​de plantas e animais – em corpos de água doce é uma preocupação ambiental significativa, afectando a saúde e a sustentabilidade destes ecossistemas aquáticos. Contudo, os métodos atualmente disponíveis para inspecionar a qualidade da água são complexos e dispendiosos.



Pesquisadores da Universidade Ritsumeikan, no Japão, desenvolveram recentemente um biossensor autoalimentado, barato e flutuante para monitorar a qualidade da água na entrada de lagos e rios de água doce. O estudo foi publicado no Biochemical Engineering Journal em 1º de novembro de 2023.

"Desenvolvemos um biossensor flutuante autônomo e autoalimentado baseado em uma célula de combustível microbiana (MFC) para detecção precoce de águas residuais orgânicas. O invólucro do MFC foi fabricado por uma impressora 3D e os eletrodos foram fabricados a partir de carbono de baixo custo. materiais", afirma o professor Kozo Taguchi, da Faculdade de Ciências e Engenharia, Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica da Universidade Ritsumeikan, que liderou o estudo.

Os MFCs geram eletricidade com a ajuda de bactérias eletrogênicas. Esses microrganismos produzem uma corrente elétrica como resultado de seu metabolismo biológico. A quantidade de eletricidade gerada pelo MFC é proporcional à concentração de resíduos orgânicos que está sendo consumido pelos microrganismos eletrogênicos. Esta característica é, portanto, usada para projetar biossensores de resíduos orgânicos alimentados por MFCs.

Usando materiais baratos à base de carbono, a equipe de pesquisa japonesa desenvolveu um biossensor autoalimentado baseado em um MFC flutuante (FMFC) para monitorar continuamente o nível de contaminação orgânica em lagos e rios. Para conseguir isso, eles preencheram o ânodo (eletrodo onde ocorre a oxidação e os elétrons são liberados) do FMFC com solo contendo bactérias eletrogênicas. As bactérias anódicas posteriormente decompuseram a matéria orgânica presente na água e converteram a energia química armazenada em eletricidade. A produção elétrica foi então utilizada como medida dos resíduos orgânicos presentes na água contaminada.

Embora os pesquisadores não tenham caracterizado as comunidades bacterianas presentes na amostra de solo, eles levantaram a hipótese racional de que microrganismos dos gêneros Geobacter, Shewanella e Pseudomonas contribuíram para a atividade elétrica. Estudos anteriores indicam que os solos de arroz contêm naturalmente bactérias eletrogênicas pertencentes a esses gêneros.

Em seguida, a equipe adicionou um diodo emissor de luz (LED) ao conjunto flutuante do biossensor. O LED foi capaz de aproveitar a eletricidade produzida pelas bactérias eletrogênicas e indicar visualmente o nível de contaminação orgânica nas amostras de água sob investigação. Começou a piscar quando a demanda química de oxigênio (DQO) – um parâmetro usado para medir o nível de contaminantes orgânicos na água – excedeu o valor limite de 60 mg/L. Além disso, o LED piscou em ritmo acelerado quando o COD excedeu significativamente o valor limite.

O professor Taguchi acrescenta:"Como o biossensor FMFC produz sua própria eletricidade, ele não requer fonte de alimentação externa. Além disso, pode ser usado em sistemas de detecção precoce que monitoram influxos de águas residuais orgânicas em corpos de água doce."

Mais informações: Trang Nakamoto et al, Biossensor autônomo flutuante microbiano baseado em célula de combustível para rastrear o influxo de poluição orgânica, Biochemical Engineering Journal (2023). DOI:10.1016/j.bej.2023.109087
Fornecido pela Universidade Ritsumeikan