Araştırmacılar, içme suyunda Escherichia coli (E. coli) bakterisini tespit edebilen ve yerinde yok edebilen yeni bir kendi kendine çalışan biyosensör geliştirdi.
Bu keşif, dünya çapında güvenli içme suyu sağlanması açısından büyük etkilere sahip olabileceek bir gelişme. Günümüzde kullanılan geleneksel yöntemler (kültürleme veya polimeraz zincir reaksiyonu – PCR), zaman alıcı ve biraz da zahmetli. Ayrıca, bu yöntemler özel ekipman ve eğitimli personel gerektiriyor. Biyosensörler bu yöntemlere nazaran daha hızlılar, ancak harici güç kaynaklarına ihtiyaç duyarlar ve zamanla bozulma eğilimindedirler. Yeni geliştirilen sensör ise kendi enerjisini üreterek bu sorunları çözüyor.
Sensör, kendi enerjisini üretmek için üç ana bileşen kullanıyor.
Birincisi, enzimatik biyo-yakıt hücresi (EBFC), enzimler kullanarak biyokimyasal reaksiyonlardan elektrik üretiyor. Glukoz oksidaz (GOx) enzimi glukozu parçalayarak elektron (elektrik) ve hidrojen peroksit üretir. Ancak bu enzim zamanla kararsız hale gelir. Buna çözüm olarak, araştırmacılar enzimi ZIF-8 adı verilen metal-organik çerçeve (MOF) içinde kapsüle ederek stabilitesini ve verimliliğini artırdı.
İkinci bileşen, E. coli’yi tanımaya yönelik bir mekanizma. Sensörde aptamer adı verilen DNA dizileri kullanıldı ve bu diziler, E. coli’nin dış yüzeyine bağlanarak bakteriyi tanıyabilme yeteneğine sahip. Aptamerler, gümüş nanoparçacıklarla (AgNPs) birleşerek glukozun enzime ulaşmasını engelliyor. E. coli varlığında, aptamerler bakteriye bağlanarak engeli kaldırıyor ve glukoz enzime ulaşarak elektrik sinyali üretebilmesini sağlıyor.
Üçüncü bileşen, bakteriyi yok eden mekanizmadır. Sensör, tespit ettiği E. coli’yi öldürmek için hidrojen peroksit ve gümüş iyonları (Ag+) salgılar ve gümüş iyonları antibakteriyel özellikleriyle bakterileri birkaç saat içinde %99,9 oranında öldürür.
Araştırmacılar, sensörün son derece hassas olduğunu ve çok düşük yoğunluktaki E. coli’yi (3 CFU/mL) tespit edebildiğini bildirdi. Ayrıca, sensör katalitik saç tokası dizilimi (CHA) mekanizması sayesinde sinyali güçlendirerek elektriksel çıkışı artırıyor. Testler sırasında, yeni biyosensör E. coli’yi diğer bakterilerden (Staphylococcus aureus ve Salmonella) ayırt etmeyi başardı. Ayrıca, günlerce saklandıktan sonra bile işlevini korudu. Gerçek deniz suyu örneklerinde yapılan testlerde, %91,06 ile %101,9 arasında doğru tespit sağladı ve 5 kullanım döngüsünden sonra bile %90 işlevselliğini korudu.
Sonuçlar umut verici olsa da, çalışma ölçeklenebilirlik ve uzun vadeli kullanım hakkında bazı soruları gündeme getiriyor. Örneğin, gümüş iyonları bakterileri öldürmede etkili olsa da çevrede birikerek yararlı mikroorganizmalara zarar verebilir. Bu nedenle, çevresel etkiyi en aza indirirken antibakteriyel etkinliği koruyacak kontrollü salınım mekanizmalarının geliştirilmesi için daha fazla araştırmaya ihtiyaç var.
Haber Kaynağı için tıklayınız.
Çalışmanın makalesi için ulaşmak için tıklayınız.
Benzer daha fazla içerik için Biosscope.