Ispuštanje organskih efluenata — biorazgradivih otpadnih materijala iz biljaka i životinja — u slatkovodne mase je značajan problem zaštite životne sredine, koji utiče na zdravlje i održivost ovih vodenih ekosistema. Međutim, trenutno dostupne metode za inspekciju kvaliteta vode su složene i skupe.
Istraživači sa Univerziteta Ritsumeikan, Japan, nedavno su razvili samonapajan, jeftin i plutajući biosenzor za praćenje kvaliteta vode na ulazu slatkovodnih jezera i reka. Studija je objavljena u časopisu Biochemical Engineering Journal.
„Razvili smo samostalni, plutajući biosenzor na bazi mikrobne gorivne ćelije (MFC) za rano otkrivanje organskih otpadnih voda. materijala“, navodi profesor Kozo Taguči sa Fakulteta nauke i inženjerstva, Odeljenja za elektrotehniku i elektroniku Univerziteta Ritsumeikan, koji je vodio studiju.
MFC generišu električnu energiju uz pomoć elektrogenih bakterija. Ovi mikroorganizmi proizvode električnu struju kao rezultat svog biološkog metabolizma. Količina električne energije koju proizvodi MFC proporcionalna je koncentraciji organskog otpada koji troše elektrogeni mikroorganizmi. Ova karakteristična karakteristika se stoga koristi za dizajniranje biosenzora za organski otpad koji pokreću MFC.
Koristeći jeftine materijale na bazi ugljenika, japanski istraživački tim je razvio biosenzor sa sopstvenim napajanjem zasnovan na plutajućem MFC (FMFC) za kontinuirano praćenje nivoa organske kontaminacije u jezerima i rekama. Da bi se to postiglo, napunili su anodu (elektrodu na kojoj dolazi do oksidacije i otpuštanja elektrona) FMFC-a zemljom koja sadrži elektrogene bakterije. Anodne bakterije su zatim razložile organsku materiju prisutne u vodi i pretvorile uskladištenu hemijsku energiju u električnu energiju. Električni izlaz je zatim korišćen kao mera organskog otpada prisutnog u kontaminiranoj vodi.
Iako istraživači nisu okarakterisali bakterijske zajednice prisutne u uzorku tla, racionalno su pretpostavili da su mikroorganizmi iz rodova Geobacter, Shevanella i Pseudomonas doprineli električnoj aktivnosti. Prethodne studije ukazuju na to da pirinač prirodno sadrži elektrogene bakterije koje pripadaju ovim rodovima.
Zatim je tim dodao diodu koja emituje svetlost (LED) na plutajući sklop biosenzora. LED je bio u stanju da iskoristi električnu energiju koju proizvode elektrogene bakterije i vizuelno ukaže na nivo organske kontaminacije u uzorcima vode koji se ispituju. Počeo je da treperi kada je hemijska potražnja za kiseonikom (COD)—parametar koji se koristi za merenje nivoa organskih zagađivača u vodi—prešla graničnu vrednost od 60 mg/L. Pored toga, LED dioda je treperila pojačanim tempom kada je COD značajno premašio graničnu vrednost.
Profesor Taguči dodaje: „Pošto FMFC biosenzor proizvodi sopstvenu električnu energiju, nije mu potrebno spoljno napajanje. Štaviše, može se koristiti u sistemima za rano otkrivanje koji prate prilive organske otpadne vode u slatkovodna tela.“
