Photonic lab-on-a-chip containing microbial-based alginate light waveguides for phenolic compounds determination.

Abstract

[ANGLÈS] Phenolic compounds are one of the main causes of environmental pollution of soils and water for their toxicity and persistence. Currently, phenolic compounds detection is principally done with bulky and expensive equipment (e.g. HPLC) in the laboratory environment. This detection requires sample transport and sometimes pre-treatment which makes this determination long and expensive. An integrated, low-cost, portable and robust system for quick in situ determination of phenolic compounds would be, therefore, very desirable. According to this, the objective of this work is to develop a biophotonic lab-on-a-chip with an organic matrix of alginate incorporating genetically modified E.coli trapped inside to determine the presence of phenolic compounds, and particularly catechol, in water samples. The alginate hydrogel will be used as a light guide, confining the light inside of it. For this reason, physico-chemical properties of alginate hydrogels (e.g. optical, diffusional, structural, etc.) containing different alginate concentrations with and without bacteria were evaluated and optimized. Finally, the alginate light guide containing bacteria was used for catechol determination in water samples. This architecture should open the possibility for in situ determination of phenolic compounds.

[CASTELLÀ] Los compuestos fenólicos son una de las principales causas de contaminación ambiental de los suelos y aguas por su toxicidad y persistencia. Actualmente, la detección de compuestos fenólicos se hace principalmente con equipos voluminosos y caros (por ejemplo, HPLC) en el entorno de laboratorio. Esta detección requiere el transporte de la muestra y, a veces, un pretratamiento que hace esta determinación larga y costosa. Un sistema integrado, de bajo coste, y portátil, para la rápida determinación in situ de compuestos fenólicos sería, por tanto, muy deseable. De acuerdo con ello, el objetivo de este trabajo es desarrollar un lab-on-a-chip biofotónico con una matriz orgánica de alginato incorporando E.coli modificadas genéticamente atrapadas en el interior para determinar la presencia de compuestos fenólicos, y particularmente catecol, en muestras de agua. El hidrogel de alginato se utilizará como una guía de luz, confinando la luz en el interior de la misma. Por esta razón, las propiedades fisicoquímicas de los hidrogeles de alginato (por ejemplo, las propiedades ópticas, difusionales, estructurales, etc), que contienen diferentes concentraciones de alginato, con y sin bacterias, fueron evaluadas y optimizadas. Finalmente, se utilizó la guía de luz de alginato con las bacterias para la determinación de catecol en muestras de agua. Esta arquitectura debería abrir la posibilidad para la determinación in situ de compuestos fenólicos.

[CATALÀ] Els compostos fenòlics són una de les principals causes de contaminació ambiental dels sòls i aigües per la seva toxicitat i persistència. Actualment, la detecció de compostos fenòlics es fa principalment amb equips voluminosos i cars (per exemple, HPLC) en l'entorn de laboratori. Aquesta detecció requereix el transport de la mostra i, de vegades, un pretractament que fa aquesta determinació llarga i costosa. Un sistema integrat, de baix cost, i portàtil, per a la ràpida determinació in situ de compostos fenòlics seria, per tant, molt desitjable. D'acord amb això, l'objectiu d'aquest treball és desenvolupar un lab-on-a-chip biofotònic amb una matriu orgànica d'alginat incorporant E.coli modificades genèticament atrapades a l'interior per determinar la presència de compostos fenòlics, i particularment catecol, en mostres d'aigua. L’hidrogel d'alginat s'utilitzarà com una guia de llum, confinant la llum a l'interior de la mateixa. Per aquesta raó, les propietats fisicoquímiques dels hidrogels d'alginat (per exemple, les propietats òptiques, difusionals, estructurals, etc), que contenen diferents concentracions d'alginat, amb i sense bacteris, van ser avaluades i optimitzades. Finalment, es va utilitzar la guia de llum d'alginat amb els bacteris per a la determinació de catecol en mostres d'aigua. Aquesta arquitectura hauria d'obrir la possibilitat per a la determinació in situ de compostos fenòlics