Indicador de mudança de cor prevê florescimento de algas

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Flores de algas

Sinal de alerta de saúde de que a água contém algas prejudiciais em Swan River, Perth, Austrália Ocidental.

A O excesso de fósforo nos sistemas de água doce faz com que algas, como o fitoplâncton e as cianobactérias, cresçam descontroladamente, transformando a água em uma “sopa de ervilha” desses organismos. As flores podem ameaçar o abastecimento de água potável porque algumas espécies de algas liberam odores ou toxinas desagradáveis. Mas se as pessoas soubessem quando é provável que se desenvolvesse uma proliferação de algas, elas poderiam controlá-la removendo ou matando as algas antes que se tornassem um problema.

Agora, os pesquisadores da ACS Applied Nano Materials relatam um indicador que muda de cor quando exposto a níveis crescentes de fosfatase alcalina - uma enzima que prevê o crescimento exponencial do fitoplâncton. Essa alteração pode ser detectada a olho nu ou em um smartphone.

Anteriormente, Jingjing Deng e colegas mostraram que a fosfatase alcalina ajuda a liberar fósforo biodisponível de compostos complexos, e que o aumento dos níveis da enzima pode prever a proliferação de algas relacionadas ao fósforo. No entanto, os métodos atuais de detecção de fosfatase alcalina não são muito sensíveis ou específicos. Assim, os pesquisadores queriam usar a reação catalisada pela fosfatase alcalina para induzir fluorescência e mudanças de cor visíveis em uma amostra de água.

Para fazer o indicador de mudança de cor, os pesquisadores primeiro combinaram íons de cobre com guanosina-5-monofosfato, formando nanopartículas esféricas. Em seguida, eles incorporaram dois compostos (1,1,2,2-tetra (4-carboxilfenil) etileno e sulforhodamina 101) dentro das nanopartículas. O resultado foi uma solução de um azul profundo na luz visível que emitiu uma fluorescência roxa-azulada sob a luz ultravioleta. Na presença de fosfatase alcalina, a solução mudou para uma tonalidade rosada e uma forte fluorescência vermelha sob luz ultravioleta.

Os pesquisadores testaram o indicador com água de 13 locais de rios que tinham fósforo biodisponível limitado, calculando as taxas de fluorescência de vermelho para azul com um aplicativo de digitalização em cores de smartphone. Eles descobriram que o método digital portátil detectava de forma confiável a fosfatase alcalina e era tão robusto quanto as medições de bancada da fluorescência do indicador. Os pesquisadores também cultivaram cianobactérias produtoras de toxinas em laboratório, alimentando-as com compostos complexos que contêm fósforo, e mediram as alterações da fosfatase alcalina. No terceiro dia, um grande aumento na atividade da enzima foi detectado com fluorescência e alterações de cor visíveis. Poucos dias depois, as algas estavam crescendo exponencialmente.

Como o indicador e o sistema baseado em smartphone detectaram o pico de atividade antes de um florescimento, os pesquisadores dizem que ele pode ser desenvolvido para monitoramento e previsão de campo em tempo real.

Os autores reconhecem o financiamento do Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, o Programa Nacional de P&D da China, o Centro de Pesquisa de Engenharia de Xangai para a Biotransformação de Resíduos Sólidos Orgânicos e os Fundos de Pesquisa Fundamentais para as Universidades Centrais.

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