Microbial-Based Electrochemical Bioassay for Water-Quality Analysis. One Step Towards A Disposable Biosensor System

SACCO, N.; BONETTO, M. C.; EDUARDO CORTON

Sao Paulo

Congreso; IBERSENSOR 2008; 2008

Ibersensors

IntroducciónLas celdas de combustible microbianas (MFCs) funcionan de manera similar a las más conocidas celdas de combustible basadas en la oxidación de hidrógeno. En los últimos años su estudio ha atraído muchos investigadores, interesados casi totalmente en la microbiología involucrada en su funcionamiento y en su utilización con fines de producción de energía, sin embargo, otra posible aplicación es su utilización como transductores bio-electroquímicos[1]. Las celdas de combustible microbianas se han clasificado en: Primera generación, que utilizan mediadores solubles (rojo neutro, azul de metileno, etc.) para transferir electrones desde las células haciael electrodo (Figura 1). En las de segunda generación, los electrones son transferidos mediante lareducción y oxidación de compuestos de azufre. Mientras que en las de tercera generación latransferencia de electrones se realiza de manera directa a los electrodos [2, 3]. En este trabajo nos proponemos caracterizar una celda de combustible con un ánodo capilar desarrolladaen nuestro laboratorio. Esta celda es del tipo mediada, y queremos estudiar sus posibilidades como un conveniente y practico transductor bioquímico [4]. Materiales y MétodosMaterial biológico y medios. Se utilizo como material biológico E. coli K12 cultivada en medio rico y agitación en shaker, hasta absorbancia de 1,0 ± 0,1. La composición del medio mínimo fue 5 g glucosa, 6 g Na2SO4, 3 g KH2PO4, 1 g NH4Cl, 0,5 g NaCl, 120 mg MgSO4.7H2O, 10 mg CaCl2 , disuelto en 1 litro agua destilada , pH = 7,0. Composición de solución anódica y catódica. La solución catódica esta formada por buffer fosfato 100 mM pH 7,0; 4,5 g/l NaCl y 8,4 g/l ferricianuro. Como anolito se utilizaron: a) medio mínimo + glucosa (Cf: 5g/l) + rojo neutro (Cf: 0,1 mM), b): bacterias inactivadas (Cf: 32 OD600nm) + glucosa (Cf: 5g/l) +rojo neutro (Cf: 0,1 mM), c) bacterias viables (Cf: 32 OD600nm) + glucosa (Cf: 5g/l) + rojo neutro (Cf: 0,1 mM). Los volúmenes de los compartimientos anódicos y catódicos fueron de 27 μl y 9 ml respectivamente.Diseño de la celda de combustible. El ánodo que esta compuesto por un capilar de vidrio de 40 mm de longitud donde se carga la muestra a ensayar, se inserta el electrodo dentro del mismo y se apoya en una película de 4 mm de agar 2%, que se encuentra en la zona intercámaras. Una membrana de Nafión® N117 separa el ánodo del cátodo. El cátodo esta formado por un electrodo de carbón, con un área deaproximadamente 1 cm2. El ánodo fue de platino o grafito. Adquisición de datos. Se utilizó un registrador xt. Las mediciones se realizaron a circuito abierto (OC) y usando distintas resistencias de carga (RL). Los ensayos se realizaron a temperatura ambiente, entre 23ºC y 25 ºC.Resultados y DiscusiónA partir de experimentos preliminares realizados en nuestro laboratorio, pudimos observar que E. coli K 12 generan un potencial mayor cuando esta en presencia del mediador soluble (rojo neutro). En los experimentos en ausencia de mediador, o bien cuando se utilizaron E. coli inactivadas el potencial fue bajo y estable (Figura 2). El mediador, como era esperable, colabora en la transferencia de electrones desde el metabolismo celular hacia al ánodo, por lo tanto pudimos confirmar que nuestro set-up