Análisis rápido e in situ de microorganismos en el agua con un dispositivo portátil

Existe una necesidad mundial de detección específica, precisa, rápida e in situ de microorganismos en el agua, ya sean contaminantes patógenos o especies invasoras, para una rápida toma de decisiones en las operaciones de control medioambiental en el sector del ocio y en la industria.

Los métodos de análisis regulados existentes se realizan principalmente mediante técnicas de cultivo y/o preenriquecimiento de la muestra, cuyo inconveniente es que requieren laboratorios especializados y varios días para obtener los resultados.

WATERSENSE es el proyecto que da nombre a esta iniciativa de innovación colaborativa liderada por las empresas Sixsenso, Alter Technology TÜV NORD, Iberosolve y ASE Optics e impulsada por secpho.

El proyecto ha sido beneficiario de los fondos Next Generation EU canalizados por el Ministerio de Industria, Comercio y Turismo, dentro del programa de apoyo a las Agrupaciones Empresariales Innovadoras, cuyo objetivo es digitalizar la industria.

Bacterias, virus, hongos, fitoplancton y algunos parásitos son organismos presentes en las aguas de los mares y océanos. Un litro de agua de mar puede transportar hasta mil millones de bacterias y 10 mil millones de virus. Algunos de estos microorganismos no autóctonos pueden invadir los ecosistemas costeros en episodios incontrolados, siendo patógenos dañinos para los humanos y las especies marinas locales. 

Los microorganismos patógenos llegan generalmente a la costa por aguas residuales municipales después de episodios de lluvia, por la escorrentía incontrolada de prácticas agrícolas, por especies invasoras y por la descarga de agua de lastre de embarcaciones en los puertos. Estos eventos descontrolados de contaminación microbiológica causan pérdida de la biodiversidad, degradación de hábitats costeros, muertes masivas de especies en granjas acuícolas y contaminación de las zonas de baño, lo que resulta en un impacto medioambiental dramático y pérdidas económicas muy significativas.

El principal problema es que el análisis microbiológico de muestras de agua es demasiado lento para establecer procedimientos de análisis preventivo si se usan los métodos tradicionales, pues se realizan principalmente mediante técnicas de cultivo y/o preenriquecimiento de la muestra, cuyo inconveniente es que requieren laboratorios especializados y varios días para obtener los resultados.

Por este motivo, las empresas demandan soluciones alternativas, no solo para cumplir la legislación, sino también para poder realizar test de manera más frecuente y con una respuesta del orden de horas y no días. De esta forman consiguen: mejorar los programas de vigilancia de la calidad del agua, aplicar procedimientos de análisis preventivo, minimizar el riesgo de posibles brotes que puedan hacer enfermar a los consumidores y evitar las pérdidas económicas tangibles y de imagen intangibles asociadas a estos brotes.

Existe, pues, una necesidad global de detección específica, precisa, rápida e in situ de contaminantes patógenos y especies invasoras, para una rápida toma de decisiones en las operaciones de control medioambiental que llevan a cabo tanto organismos oficiales y ayuntamientos como empresas privadas del sector portuario, acuícola o del sector del ocio. Y la necesidad se extiende a muchas otras verticales, como la industria agroalimentaria, farmacéutica, cosmética, agricultura, abastecimiento del agua, torres de refrigeración, piscinas y spas, sector hotelero y otros.

Es en este marco en el que surge la iniciativa de WATERSENSE. La solución que propone este proyecto consiste en un dispositivo modular, portátil y económico para el análisis rápido e in situ de bacterias (por ejemplo, E. coli, enterococos, legionela, bacterias totales, etc.) y fitoplancton en muestras de agua. Esta innovadora tecnología proporcionará resultados de laboratorio de manera rápida (menos de 5 minutos para el fitoplancton, menos de 3 horas para bacterias), cumpliendo con los protocolos operativos y normativas actuales, en contraposición a las 24 horas o varios días que suponen los cultivos en laboratorio, que son el gold standard.

Para ello, la solución propuesta consiste, por un lado, en un dispositivo modular, portátil y económico para la preparación y análisis cuantitativo de fitoplancton, bacterias y virus en muestras de agua y, por otro lado, en los nuevos BioKits para un análisis cualitativo ultrarrápido, que serán consumibles específicos diseñados para cada aplicación.

Como resultado del proyecto se ha conseguido un dispositivo robusto y portátil, integrado en una maleta de categoría IP65 para su uso en exteriores, puertos, barcos y en ambientes industriales. Cuenta con un nuevo diseño del cabezal óptico que le permite absorber vibraciones de baja frecuencia, minimizando falsos positivos por impactos mecánicos (Sixsenso), y se ha desarrollado un nuevo diseño de la electrónica que evita acoplamiento eléctrico y, además, dota a la maleta de una batería que le permite operar con una autonomía de hasta 8 horas sin ser recargada (Alter Technology). 

Además, ASE Optics ha desarrollado un software integrado que controla el hardware (bomba de jeringa, driver del láser, sensor y digitalizador), que procesa la señal adquirida en tiempo real mientras se detectan los eventos de fluorescencia. Todo ello junto a un GUI que permite de forma muy sencilla operar el dispositivo y generar informes de medida muy avanzados, teniendo en cuenta el microorganismo medido y los umbrales establecidos por regulación en cada sector. 

Por su parte, Alter Technology ha hecho un estudio del camino hacia la certificación de esta tecnología, que incluye dispositivo y protocolo de medida, tenido en cuenta tanto la normativa europea relativa a la comercialización de productos como la nueva regulación Real Decreto 487/2022, que entró recientemente en vigor, para el control de la legionela.

Finalmente, Sixsenso desarrolló nuevos ensayos rápidos mejorados (Enhanced Rapid Assays), que han sido validados por Iberosolve como usuario final en muestras de agua reales (de torres de refrigeración, agua industrial y agua de río), y comparadas con análisis de cultivo estándar, con resultados muy satisfactorios y prometedores en términos de Límite de Detección mejorado, repetibilidad y fiabilidad, para análisis de bacterias totales y legionela en menos de 30 minutos. 

El proyecto ha sido beneficiario de los fondos Next Generation EU canalizados por el Ministerio de Industria, Comercio y Turismo dentro del programa de apoyo a las Agrupaciones Empresariales Innovadoras, cuyo objetivo es digitalizar la industria.