Estudios de Celdas de Combustible Microbianas: estudio de la colonización de electrodos, transferencia de carga, y desarrollo de biosensores.
En el laboratorio de biosensores y bioanálisis se estudian tres tipos de celdas microbianas: I) Celda de Combustible Microbianas (MFC) donde se utilizan cultivos puros de especies electrogénicas; II) Celdas de Combustible Microbianas Sedimentarias (SMFC) donde se utiliza las comunidades bacterianas nativas de los sedimentos utilizados; y III) Celdas de Combustible Fotosintéticas (PMFC) basadas en el metabolismo fotosintético. Para el caso de las SMFC, permiten la producción de una pequeña cantidad de electricidad la cual depende de la actividad microbiana, por lo que estos sistemas funcionan como biosensores metabólicos debido a que permiten conocer el estado metabólico, actividad y cantidad de bacterias en el suelo sumergido. Para el estudio de estos sistemas se utilizan cepas anaerobias/facultativas nativas del sustrato utilizado o inoculadas. En la actualidad, se está estudiando la capacidad de varias cepas de producir mediadores solubles, capaces de transferir electrones provenientes del metabolismo celular hasta la superficie de un electrodo. Donde se propone su uso como detectores de DBO y toxicidad en aguas naturales y/o efluentes residuales. Al igual, se está trabajando en el uso de las MFC como sistemas bio-electroquímicos con aplicabilidad en el tratamiento y aprovechamiento de efluentes residuales líquidos y lodos. Recientemente se esta trabajando en la miniaturización y el diseño de sistemas microfluidicos para que puedan ser utilizados como biosensores.
Desarrollo de Materiales de Bajo Costo y Sustentables para sensores bioelectroquímicos y Producción de Energía
En nuestro laboratorio, promovemos el uso de materiales de bajo costo y ambientalmente amigables en el desarrollo de dispositivos de biosensado y producción de energía accesibles para todos los sectores de la sociedad. Entre las estrategias desarrolladas, se destacan electrodos fabricados con tintas conductoras a base de nanotubos de carbono, quitosano y dodecilsulfato de sodio, aplicados sobre papel para fines analíticos y de biosensado. También hemos diseñado membranas de PVA y quitosano para celdas de electrólisis y de combustible microbianas.
Bajo los principios de sustentabilidad y economía circular, empleamos materiales carbonosos obtenidos de residuos agroindustriales o domésticos (biocarbón, fuentes de nano y micropartículas de carbono) para la construcción de electrodos. Estos materiales son aptos tanto para aplicaciones en bioceldas de combustible como para la creación de sensores electroquímicos compactos (de PVC o estilo screen-printed), útiles en la detección y cuantificación de analitos relevantes para el monitoreo ambiental y el diagnóstico clínico
Biosensores para la detección de vida en otros planetas.
En LABB hemos identificado el uso de las Celdas de Combustible Microbianas (MFC) como sensores para la detección de procesos metabólicos de microorganismos extremófilos, los cuales son organismos que viven en condiciones extremas de temperatura, salinidad, acidez, o presión, donde la mayoría de las formas de vida no podrían sobrevivir. Estos microorganismos tienen diferentes tipos de metabolismos, en LABB hemos trabajado con heterótrofos y litóautotrofos los cuales pueden utilizar sustratos inorgánicos con el fin de obtener energía para su uso en la biosíntesis como la fijación de dióxido de carbono o la conservación de energía a través de la respiración aeróbica o anaeróbica. El desarrollo de MFCs como biosensores, no es solo aplicable a nuestro planeta, sino que se propone las celdas microbianas como dispositivos capaces de detectar microorganismos en otros planetas o en ambientes extremos y/o aislados partiendo de la hipótesis de que los fenómenos redox de conversión de energía son más generales, y que aunque exista una forma de vida con un metabolismo y una bioquímica totalmente diferente a los terrestres, esta debería obtener energía para su crecimiento y reproducción mediante reacciones de oxido-reducción.
Estos dispositivos presentan algunas ventajas respecto de otros sistemas que han sido utilizados para detectar metabolismos microbianos como por ejemplo durante la Misión Viking, donde en los años ’70, se censó vida en Marte. Además, estos sistemas de detección podrían mejorarse utilizando las capacidades de misiones móviles robotizadas. En este sentido, LABB ha realizado un convenio con la CNAE, para el desarrollo de biosensores y su ensayo de capacidades en la Antártida, entre otros proyectos para ampliar y evaluar la aplicabilidad es MFCs en investigaciones de astrobiología.
Diseño y aplicación de biosensores para el monitoreo de procesos biomineros.
En LABB nos enfocamos en desarrollar productos innovadores para aplicaciones industriales. Nuestro campo de acción incluye el diseño y aplicación de biosensores especializados en el monitoreo de procesos biomineros. Esto abarca la creación de biosensores amperométricos, potenciométricos y de impedancia, entre otros, diseñados para un análisis preciso. Trabajamos en conjunto para desarrollar sensores que permitan medir la oxidación de hierro, la concentración de sulfatos, la recuperación de productos (como cobre y otros metales) y la presencia de microorganismos con capacidad biolixiviante para diferentes tipos de minerales. Además, optimizamos cada dispositivo analítico considerando los parámetros que afectan la respuesta del biosensor. Nuestra investigación también se orienta a desarrollar biosensores automatizables para facilitar su aplicación en la industria y a comprender en profundidad el proceso de biocorrosión y otros procesos relevantes.
Desarrollo de dispositivos Microfluídicos de Bajo Costo con Detección Colorimétrica y Electroquímica para Aplicaciones en Diagnóstico clinico, Monitoreo Ambiental.
Esta línea de investigación se centra en la creación de instrumentación avanzada para análisis químico en microfluídica, con especial énfasis en sistemas basados en materiales de bajo costo. Además, los sistemas microfluidicos cuentan con una integración con detectores colorimétricos y electroquímicos para adquisición y control de datos. La microfabricación busca desarrollar sistemas analíticos miniaturizados de bajo costo que permiten análisis rápidos con volúmenes en el rango de picolitros, reduciendo así costos y generación de residuos. La microfluídica se explora para reacciones enzimáticas e inmunológicas en microcanales, optimizando el transporte de muestras mediante mecanismos capilares, hidrodinámicos o electrocinéticos. Finalmente, estas plataformas se aplican en bioquímica, control de calidad, prevención ambiental y diagnóstico clinico para realizar análisis precisos y eficientes con un consumo mínimo de muestra. Con respecto a estas aplicaciones, se destacan los avances recientes en el desarrollo de dispositivos analíticos basados en reacciones de amplificación de ADN o ARN, fundamentales para transformar métodos moleculares en tecnologías PoC (Point of Care) o PoN (Point of Need). Además, se han desarrollado dispositivos microfluídicos en papel para la detección colorimétrica de nutrientes permitiendo su aplicación en el monitoreo de la calidad del agua y muestras de suelo.
Estudio de sistemas microfluídicos basados en microgotas para el desarrollo de métodos de diagnóstico rápido o búsqueda de nuevos agentes terapéuticos en microbiología clínica
Nuestra investigación aborda la problemática global de la resistencia antimicrobiana, un fenómeno impulsado por el uso indiscriminado de antibióticos que podría, para 2050, superar al cáncer como causa de mortalidad. Para enfrentar este desafío, desarrollamos dispositivos microfluídicos y/o electroquímicos que permiten realizar antibiogramas rápidamente y sin necesidad de utilizar equipamiento de altos costos que precisan de ser operados por personal calificado.
El enfoque de estos microchips impresos con materiales de bajo costo, junto con su alta sensibilidad, los hace ideales para su uso en áreas de bajos recursos. Estos dispositivos ofrecen una solución accesible y portátil, adaptable a hospitales y centros de salud rurales, brindando un sistema efectivo y económico que apoya el monitoreo de infecciones y la selección de tratamientos en respuesta a la creciente crisis de resistencia bacteriana.
COLABORADORES:
– Sabina Susmel, Department of Agricultural, Food, Environmental and Animal Sciences (Di4A), University of Udine, Udine, Italia.
-Pranab Goswami, Indian Institute of Technology Guwahati, India.
-Charles Henry (Chuck), Colorado State University, EEUU.
– Diana Martínez Casillas, UNAM, México.
– Ignacio González, Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, Departamento de Química, Av. San Rafael Atlixco 186, Col. Vicentina, 09340, Ciudad de México, México
– Julio Fuchs, DEIBIOTOX -UNIDEF-CITEDEF, Argentina.
-Albert Saavedra, YPF tecnología (Y-TEC), Argentina.
María Jesús González Pabón, YPF tecnología (Y-TEC), Argentina.
-Marcela Cáceres Wenzel, Laboratório Nacional de Nanotecnología- CNPEM, Brasil.
-Wendell Coltro, Universidad Federal de Goiás, Brasil.
-Fabiana Stolowicz, ICT Milstein, Argentina.
– Carolina Carrillo, ICT Milstein, Argentina.
– Adrian Vojnov, ICT Milstein, Argentina.
– Pablo Arnal, CETMIC-UNLP, Argentina.
– Edgardo R. Donati, UNLP, Argentina.
– Juan Collet y Gustavo Duffo, Departamento de Corrosión, CNEA. Argentina.
– Federico Schaumburg, Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química (INTEC, UNL-CONICET), Santa Fe, Argentina
– Pablo Bonelli, PINMATE – ITAPROQ, Argentina
– Guillermo Artana, FIUBA, Argentina
-Maximiliano Perez, UTN, Argentina
– Laboratorio de Virología, IQUIBICEN
– Ipanema Consortium:
- Uroš Maver´s lab (Institute of Biomedical Sciences
Institution, University of Maribor, Slovenia)
- BioSense Institute (University of Novi Sad, Serbia)
- Robert Marks (University of Ben-Gurión, Israel).
Estudiantes motivados/as, becarios doctorales y postdoctorales interesados/as contactarse con el Dr. Eduardo Cortón.
Improved sensitivity in paper-based microfluidic analytical devices using a pH-responsive valve for nitrate analysis. LR Sousa, NS Moreira, BGS Guinati, WKT Coltro, E Cortón, F Figueredo, Talanta, 2024
Mixture toxicity study of two metal oxide nanoparticles and chlorpyrifos on Eisenia andrei earthworms. MI Cáceres-Wenzel, FN Bernassani, JS Fuchs, E Cortón, AC Cochón. Environmental Science and Pollution Research,2024.
Micro-Nano Structured Materials for DNA/RNA Amplification-Based Electrochemical Tests F Figueredo, M Mosquera-Ortega, E Corton. Handbook of Nanobioelectrochemistry: Application in Devices and Biomolecular, 2023
Nondestructive, reagent-free, low-volume fluidic set-up to study biofilms by using a transparent electrode, allowing simultaneous electrochemical and optical measurements. A Saavedra, DC Martínez-Casillas, JR Collet-Lacoste, E Cortón. Journal of Applied Microbiology, 2023
“Do it yourself” protocol to fabricate dual-detection paper-based analytical device for salivary biomarker analysis. LR Sousa, HA Silva-Neto, LF Castro, KA Oliveira, F Figueredo, E Cortón. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2023
When microplastics meet electroanalysis: future analytical trends for an emerging threat. MEM Ortega, LR Sousa, S Susmel, E Cortón, F Figueredo. Analytical Methods, 2023
A laboratory experiment for science courses: Sedimentary microbial fuel cells
M Pérgola, NJ Sacco, MC Bonetto, L Galagovsky, E Cortón. Biochemistry and Molecular Biology Education, 2023.
Towards a versatile and economic Chagas Disease point-of-care testing system, by integrating loop-mediated isothermal amplification and contactless/label-free conductivity detection. Figueredo F, Stolowic F., Vojnov A., Coltro W.K.T., Larocca L., Carrillo C., Cortón E. PLOS Neglected Tropical Diseases 2021, 15, e00094062021. https//doi: 10.1371/journal.pntd.0009406
An apta-aggregation based machine learning assay for rapid quantification of lysozyme through texture parameters. Sanjay M, Gaurav K, Gonzalez-Pabon MJ, Fuchs J, Mikkelsen SR, Cortón E. PLoS ONE, 2021, 16(3): e0248159. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0248159
Sorting the main bottlenecks to use paper-based microbial fuel cells as convenient and practical analytical devices for environmental toxicity testing. María Jesús González-Pabón, Eduardo Cortón, Federico Figueredo. Chemosphere, 265, 2021, 129101, ISSN 0045-6535. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.129101
Attachment of Leptospirillum sp. to Chemically Modified Pyrite Surfaces. Fast and Simple Electrochemical Monitoring of Bacterial-Mineral Interactions. Saavedra A., García-Meza V., Cortón E., González I. Hydrometallurgy, 2021, 199, 105534. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2020.105534
Hydrogen production in two-chamber MEC using a low-cost and biodegradable poly(vinyl) alcohol/chitosan membrane. González-Pabón, M.J., Cardeña, R., Cortón, E., Buitrón, G. Bioresource Technology, 2021, 319, 124168. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.124168
Desarrollo de Sensores y Biosensores Electroquímicos para el Monitoreo y Control de Procesos de Biominería y Biocorrosión. CONICET PIP Grupos de Investigación 2015-2017, vigente hasta el año 2021 inclusive. Director Eduardo Cortón. Proyecto número: 112-201501-00537-CO.
STAN Servicios Tecnológicos de Alto Nivel, CONICET
STAN 12762. “Asesoramiento en Manejo de Fluidos y Automatización para Sistemas Bioanalitícos”, en proceso de aprobación por el CONICET, mayo 2021. Responsables técnicos Eduardo Cortón y Julio Fuchs.
STAN ST4398. “Evaluación de Sistemas Analíticos para Monitorear Calidad de Agua”, aprobado por el CONICET, marzo 2019. Responsables técnicos Eduardo Cortón y Julio Fuchs.
STAN 3960. “Capacitaciones en Toxicología y Riesgo”, aprobado por el CONICET, año 2018. Responsable técnico, Julio Silvio Fuchs.
STAN 2532. “Estudio de Tratabilidad de Barros Generados como Consecuencia de Operaciones de Tratamiento de Efluentes Líquidos”, aprobado por el CONICET, noviembre 2015. Responsables técnicos, Eduardo Cortón y Julio Fuchs.