Invenção premiada pode mudar o tratamento da água potável
Quem poderia imaginar que o grafite do lápis poderia levar a uma invenção que detecta e remove bactérias prejudiciais da água? Foi exatamente isso que fizeram os vencedores do Prêmio Jovem da Água de Estocolmo de 2017. Saiba como o sistema de ação rápida pode mudar a forma como a água é testada e tratada.
Ryan Thorpe e Rachel Chang se conhecem desde a pré-escola. Hoje, 17 anos depois, eles ganham o Prêmio Jovem da Água de Estocolmo com um sistema que usa biossensores para detectar colônias individuais de quatro das bactérias patogênicas mais comuns encontradas na água.
Thorpe e Chang estão no último ano do ensino médio da Escola Secundária de Manhasset, em Long Island, Nova York. A Impeller entrevistou os dois durante a Semana Mundial da Água, em Estocolmo, logo após terem ganhado o prêmio.
Como vocês se sentem por terem ganhado?
Chang: É realmente incrível! É a sensação mais maravilhosa do mundo, especialmente porque todos os projetos são muito bons. Ser considerado o melhor é uma sensação indescritível.
Thorpe: Essa foi uma semana maravilhosa. Foi divertida e repleta de experiências de que me lembrarei para o resto da vida. Não poderia ter terminado melhor.
Podem explicar o que o sistema de vocês faz?
Chang: Criamos um sistema que detecta e purifica a água contaminada com bactérias. Trabalhamos com o e. coli, shigella, cholera e salmonella, algumas das doenças transmitidas pela água mais comuns atualmente. Criamos biossensores de grafeno que geram um sinal elétrico quando a bactéria entra em contato com eles. Ao ler a corrente em uma tela, podemos dizer quando há bactéria presente.
O que é grafeno?
Chang: Na verdade, o grafeno é uma forma de carbono. Extraímos nosso grafeno do grafite do lápis. Esse é um dos elementos do nosso projeto que o torna acessível, caso venha a ser implementado em países em desenvolvimento. O grafeno também é altamente condutor, permitindo que detectemos rapidamente as bactérias.
Thorpe: Em seguida, para a purificação, usamos microprocessadores Arduino, que são basicamente peças de computador que podem ser codificadas para realizar uma variedade de tarefas. O melhor dos microprocessadores Arduino é que há uma grande comunidade trabalhando com eles com uma enorme quantidade de informações, então dá para aprender bem rápido. Codificamos os processadores Arduino para controlar um motor, de modo que, após detectar a bactérias, ele injete produtos químicos na água para eliminar de maneira segura e eficiente a presença de bactérias.
O biossensor de grafeno é colocado na água?
Chang: O sensor é um quadradinho plano. Como trabalhamos no laboratório do colégio durante todo o processo, tivemos que usar uma tinta à base de água em vez de uma tinta típica, à base de prata. Isso significa que só podíamos colocar pequenas amostras de água sobre o sensor. No futuro, se conseguirmos continuar isso em um laboratório mais profissional, todo o sensor poderá ser submerso na fonte de água, de modo que poderemos monitorar continuamente a presença de bactérias no local.
Thorpe: Nosso sensor é conectado a um dispositivo de medição, que é conectado a um computador que exibirá os resultados em uma tela. Você vê um gráfico bidimensional. Se não houver bactérias na água, será exibida uma linha vermelha, que ficará constante. Quando houver bactérias na água, a corrente oscilará.
O sensor detecta todos os quatro tipos de bactérias?
Thorpe: Fizemos quatro biossensores diferentes. Cada um dos diferentes biossensores detecta o organismo modelo de cada um dos quatro principais patógenos bacterianos. Como esses patógenos bacterianos produzem diferentes analitos específicos — por exemplo, o e. coli produz ácido lático, enquanto o shigella produz glicerol —, é possível identificar qual bactéria é e determinar sua presença.
Isso acontece rapidamente?
Chang: A detecção ocorre imediatamente. Assim que a amostra é colocada no biossensor, a corrente começa a mudar se houver presença de bactéria. Isso é instantâneo. A purificação leva dez segundos para eliminar a bactéria.
O que vocês utilizam para eliminar a bactéria?
Thorpe: Nós usamos hidróxido de sódio e peróxido de hidrogênio. Foi comprovado, em estudos anteriores, que o peróxido de hidrogênio aumenta significativamente a alcalinidade. Isso cria radicais hidroxila, que são compostos usados para substituir o cloro. Embora o cloro possa eliminar uma ampla gama de organismos, em alguns casos ele pode trazer riscos para o consumo humano. O bom dos radicais hidroxila é que os subprodutos que eles formam são completamente seguros, e sua vida útil é muito curta. Eles matam uma ampla variedade de material orgânico muito rapidamente. No entanto, depois disso, eles se tornam inativos, por isso são seguros para o consumo.
Como o sistema de vocês pode ser usado em diferentes aplicações?
Thorpe: Esse dispositivo pode ser usado para processos de identificação e purificação imediata. Ele possui uma ampla gama de aplicações tanto em países desenvolvidos quanto em desenvolvimento. Pode ser implantado em fontes de água potável em países em desenvolvimento, e também pode ser implantado em sistemas de tubulação de países desenvolvidos.
Em que o método de vocês se diferencia daquilo que é feito normalmente?
Chang: Para a detecção, o PCR é o método convencional em uso atualmente. Ele amplifica o DNA da bactéria e a detecta, o que requer experiência laboratorial, além de ser algo bastante difícil e muito caro. A máquina necessária para isso custa cerca de 5 mil dólares, e é preciso continuar comprando novos materiais para mantê-las em funcionamento. Nosso sistema é muito mais fácil de usar, muito mais barato e consegue detectar quantidades muito menores de bactérias instantaneamente.
Com surgiu o interesse de vocês pelo tratamento de água?
Chang: Sempre tive muito interesse e verdadeira paixão pelo meio ambiente. Eu estava lendo um artigo no jornal sobre os métodos padrão de detecção de bactéria, que podem levar de um a dois dias, ou até uma semana. Esses métodos também têm limite de detecção de até mil colônias de bactérias, mas a Organização Mundial da Saúde afirma que mesmo apenas uma colônia de bactérias em 100 ml de água é algo perigoso para consumo. Então, eu quis criar um sistema que aprimorasse esses métodos e que pudesse atender os padrões da Organização Mundial da Saúde, além de ampliar o acesso a água limpa.
Thorpe: Sempre me interessei pelo assunto da escassez de água e porque muitos artigos apontam que a escassez de água será a próxima fonte de conflito global. Eu me deparei com esse interesse em particular porque todo ano o colégio cria uma espécie de jornal para o qual as pessoas enviam os resumos de suas pesquisas. Eu estava dando uma olhada em algumas edições antigas e vi a palavra “biossensor”, e os jornais mais recentes não tinham essa palavra. Então, fui pesquisar. Basicamente, o que o biossensor faz é pegar algo que não conseguimos ver e convertê-lo em um estímulo que podemos ver. Adorei essa ideia.
Gostariam de acrescentar algo?
Chang: Acho que todos podem fazer a diferença. Mesmo se for apenas fechando bem a torneira para que ela não fique pingando. Se todos fizessem isso, já salvaríamos milhões de litros de água. Todos unidos podemos fazer a diferença no que diz respeito à água.
Thorpe: A solução é possível, se você realmente tentar. Se você se sentar e escrever uma lista de todas as diferentes soluções possíveis para um problema e tentar descobrir qual delas é a melhor, você conseguirá resolvê-lo.
Chang: Trabalho árduo e perseverança definitivamente valem a pena.