Pesquisadores da Coppe criam tecnologia para detectar em 20 minutos água contaminada

Pesquisadores da Coppe/UFRJ desenvolveram um sensor de fibra óptica nano-bio-tecnológico inovador, capaz de detectar contaminação por coliformes fecais na água em apenas 20 minutos. Os atuais processos envolvem várias etapas laboratoriais que podem levar até dois dias para fornecer resultados. A nova tecnologia se destaca pela rapidez e sensibilidade dos resultados, baixo custo, capacidade de miniaturização e facilidade de fabricação. O estudo, coordenado pelo professor Marcelo Werneck, dos Programas de Engenharia Elétrica e de Engenharia da Nanotecnologia da Coppe/UFRJ, foi publicado recentemente na revista Polymers.

Iniciativas como essa são cada vez mais importantes em um mundo onde as fontes de água limpa estão se tornando escassas. De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS), aproximadamente 27% da população mundial não tinham acesso a serviços de água potável segura em 2022. No Brasil, cerca de 34 milhões de pessoas (16% da população) não têm acesso à água tratada em casa, segundo o Instituto Trata Brasil. Além disso, a presença de água tratada não garante sua qualidade, pois ainda podem ocorrer problemas de contaminação nos sistemas de abastecimento. 

Como funciona

Marcelo Werneck explica que a fibra óptica do sensor funciona de forma semelhante às usadas nas telecomunicações. “Porém, ao invés de feixes de sílica, nós usamos fibras ópticas plásticas POF (da sigla em inglês, plastic optical fiber), que são mais baratas e mais fáceis de manipular. Elas transmitem feixes de luz de uma extremidade à outra dentro do dispositivo e, qualquer alteração na superfície da fibra afeta a intensidade de luz recebida na outra extremidade do sensor, permitindo a detecção de alterações microscópicas, como a causada por bactérias”, explica o professor da Coppe.

A professora Regina Célia Allil, também do Programa de Engenharia Elétrica da Coppe, faz parte do projeto e explica que, para a detecção de microrganismos, anticorpos específicos são fixados na superfície da fibra, usando nanopartículas de ouro. “Esses anticorpos capturam as bactérias de Escherichia coli que possam estar presentes na água. A nanotecnologia permite melhorar, consideravelmente, a aderência da armadilha de anticorpos, aumentando a sensibilidade do resultado”, ressalta.

O dispositivo, desenvolvido no Laboratório de Instrumentação e Fotônica (LIF) da Coppe, opera ainda com dois sensores de fibra óptica em paralelo: um contendo os anticorpos e outro sem. A comparação dos resultados entre eles permite identificar a presença de bactérias Escherichia coli com elevada seletividade, eliminando a interferência de outros detritos que possam estar na água.

Vantagens e aplicações

Os biossensores desenvolvidos oferecem vantagens significativas em comparação aos métodos tradicionais de detecção de contaminação da água, que são complexos, caros e demorados. Os biossensores desenvolvidos pela equipe da Coppe exigem menos materiais, menos mão de obra e oferecem resultados em 20 minutos, com um treinamento mínimo necessário para seu uso. Os professores afirmam que é viável reproduzir esse sensor em larga escala e o custo é muito pequeno. O objetivo é que o protótipo final seja um dispositivo móvel e portátil, que possa ser facilmente transportado para medições diretamente nos locais suspeitos de contaminação e utilizado em campanhas ou missões no interior do país.

Pesquisas futuras e desafios

A equipe do LIF/Coppe desenvolve essa pesquisa há cerca de dez anos, no entanto, ainda faltam algumas etapas para conquistar um protótipo ideal. “Estamos estudando qual é o prazo de duração dessa fibra óptica funcionalizada com anticorpos. E também queremos aumentar ainda mais a sensibilidade, para detectar se a água está apta para consumo humano”, afirma Werneck, acrescentando que acredita em chegar a um produto mais compacto e sensível ainda este ano.

A pesquisa faz parte da Rede de Nanotecnologia “Pesquisa Cooperativa em Materiais Nanoestruturados e Engenharia de Dispositivos Funcionais”, financiada pela Faperj. A Fundação apoia um bolsista de pós-doutorado e um de iniciação científica e investiu cerca de R$1.158.000 na pesquisa. Além disso, o projeto também recebe apoio do CNPq.

* Com Marina Verjovsky, da Faperj.