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Scienziati hanno sviluppato un sistema innovativo di biosensori bioelettronici che sfrutta la capacità di batteri viventi di generare un segnale elettrico in presenza di specifiche sostanze in un liquido. La tecnologia si basa su un idrogel creato a partire dal chitosano, un polimero naturale estratto principalmente dai gusci dei crostacei.
Questi sensori sono innocui e sicuri, tanto da essere stati testati direttamente sul latte per la ricerca di impurità indesiderate. La capacità di alcuni batteri di produrre elettricità è nota da tempo, e la varietà di specie disponibili permette di selezionare quelle più adatte per monitorare sostanze specifiche. La sfida principale consisteva nel mantenere le colonie batteriche attive e operative una volta immerse in un ambiente liquido, evitando che si disperdessero o che venissero dilavati i mediatori necessari al trasferimento di elettroni dai batteri agli elettrodi dei sensori.
La soluzione è stata trovata nell'idrogel di chitosano, che funge da 'fortezza' per batteri e mediatori. Questo materiale non solo li trattiene, impedendone la dispersione, ma fornisce anche una base per l'ancoraggio dei mediatori redox, che trasportano gli elettroni dai batteri eccitati agli elettrodi dei sensori. Il chitosano, oltre a essere estratto dai gusci dei crostacei, si ricava anche dai gusci dei molluschi, dai funghi e dalle strutture di supporto degli insetti. È un materiale sicuro per l'ambiente e per l'uomo, e può sostituire con successo i supporti sintetici.
Quando i microrganismi entrano in contatto con i contaminanti bersaglio (come sostanze tossiche nelle acque reflue o negli alimenti), si attiva la catena respiratoria di trasferimento degli elettroni, generando un segnale elettrico stabile che può essere misurato con appositi strumenti. Questa tecnologia ha dimostrato un grande potenziale per il monitoraggio della qualità dell'acqua e degli alimenti. I ricercatori hanno testato il sensore immergendolo nel latte con versioni modificate dei batteri probiotici L. plantarum. Questi batteri producono un segnale elettrico in risposta alla presenza di conservanti come il sacacina P. Dopo poche ore, è stato rilevato un segnale elettrico, confermando che i batteri avevano individuato la sostanza ricercata e manifestato la loro attività elettrica.
Lo sviluppo futuro di questo metodo potrebbe portare a una vasta applicazione di soluzioni simili nell'industria, nell'ecologia e nella sanità, promuovendo la transizione verso tecnologie verdi basate su microrganismi viventi. L'utilizzo di batteri 'elettrici' apre nuove prospettive per un monitoraggio più efficiente e sostenibile, contribuendo a garantire la sicurezza alimentare e la tutela dell'ambiente. In un contesto globale sempre più attento alla sostenibilità, l'innovazione nel campo dei biosensori rappresenta un passo avanti significativo verso un futuro più verde e sicuro per tutti. La ricerca continua a esplorare le potenzialità di questi sistemi, con l'obiettivo di sviluppare sensori sempre più sensibili, specifici e facili da usare.
