BESAFE: Desarrollo de sensores avanzados para la gestión de la seguridad de ambientes, procesos y productos

Visualización de datos mediante el sistema de detección de la calidad del aire desarrollado por ITENE
Dispositivo de detección COVID-19 desarrollado por ITENE en BESAFE
Kit de biosensores para la detección de E-coli y Listeria desarrollado por ITENE en BESAFE

El proyecto BeSafe, que ITENE lleva a cabo con el respaldo del IVACE a través de los fondos FEDER, tiene por objetivo el desarrollo de nuevas soluciones tecnológicas avanzadas para la detección de patógenos en aire, superficies y aguas, así como material particulado y gases contaminantes en ambientes críticos con el fin de garantizar un alto grado de protección de la salud de trabajadores potencialmente expuestos y de la población en general.

Contexto

En la industria alimentaria, el control de los microorganismos patógenos presentes en los alimentos es actualmente una de las principales preocupaciones en seguridad alimentaria. Las infecciones causadas por bacterias como la Listeria monocytogenes o la E. coli son el origen de gran parte de las enfermedades relacionadas con los alimentos y que, según la Organización Mundial de la Salud, provocan la muerte cada año de 2,2 millones de personas, en su mayoría niños. En concreto, la listeriosis está creciendo preocupantemente en España y el resto de Europa.  Además, el control de patógenos es también crucial para la industria por el impacto económico de las empresas que se ven afectadas, impactando de forma negativa a su reputación y negocio.

Por otro lado, la seguridad en las aguas regeneradas tiene un impacto en toda la cadena de valor de la industria agroalimentaria, pues permite al sector agrícola disponer de una fuente de agua durante todo el año enriquecida en nutrientes y supone un ahorro de costes de bombeo. No obstante, es necesario prevenir, detectar y gestionar los riesgos transmitidos por estas aguas y, en consecuencia, por los alimentos que ingerimos.

A partir de las dificultades para el control de patógenos tanto en el sector alimentario como en el agroalimentario, se hacen necesarias nuevas estrategias de detección temprana más sensibles, eficientes, rápidas y que permitan el análisis microbiano directamente en el punto de muestreo, tanto en superficie como en el agua, para evitar que alimentos contaminados lleguen al consumidor.

Por otra parte, la detección y monitorización del SARS-CoV-2 y otros patógenos presentes en aire es clave, en la actual pandemia, para lo que es crucial el desarrollo de nuevas tecnologías con capacidad de detectar de manera temprana el coronavirus, evitando posibles brotes y rompiendo la cadena de transmisión, principalmente por el aire y por el contacto con superficies u objetos contaminados.

Otro problema territorial común es el aumento de los niveles de contaminación en ciudades y el incremento de los niveles potenciales de exposición a nanopartículas fruto del incremento, a su vez, de la aplicación de la nanotecnología en la política industrial europea.

A partir del incremento de dicha contaminación y nanopartículas, se hacen necesarias nuevas tecnologías de bajo coste y robustas que permitan la instalación de redes de sensores para poder realizar un diagnóstico efectivo de las fuentes principales de emisión de los contaminantes químicos y material particulado y nanomateriales.

Resumen y objetivos

El objetivo general del proyecto BeSafe es el desarrollo de soluciones tecnológicas para la detección temprana y monitorización de patógenos en ambientes, procesos y productos en el aire, las superficies y el agua a través de análisis de material particulado y gases contaminantes.

El proyecto aborda dos líneas tecnológicas de gran valor que aseguran un control y seguimiento de la calidad de diferentes ambientes, procesos y productos en sectores tan importantes como es el sector alimentario, el de las aguas residuales – el cual tiene un impacto directo en el sector agroalimentario – y  de la calidad del aire:

  • Desarrollo de una tecnología de biosensado electroquímico y colorimétrico para la detección de patógenos de alta relevancia en aire, superficies y aguas: El objetivo es el desarrollo de soluciones tecnológicas de biosensado para la localización temprana de patógenos de alta relevancia. Estas tecnologías son integrables en redes IoT (Internet of Things, Internet de las Cosas en español). Para ello, se desarrollará:
    • Un biosensor, basado en la medida de la transferencia electrónica,de alta sensibilidad y selectividad basada en la combinación de nanomateriales y anticuerpos específicos para la detección de E. coli, en el sector de aguas residuales.
    • Un biosensor, basado en el uso del oro y sus propiedades a nanoescala, que combinado con bioreceptores específicos, es capaz de detectar coli y Listeria monocytogenes en superficies y matrices alimentarias.
    • Desarrollo de un biosensor electroquímico ultrasensible para la detección de SARS-CoV-2 y otros patógenos integrado en el sistema de muestreo de bioaerosoles desarrollado en el marco del proyecto VIRISENS.
    • Prototipos validados en 4 casos de estudio, incluyendo ambientes hospitalarios, instalaciones industriales alimentarias y plantas de aguas residuales.
  • Desarrollo de un sistema integrado de monitorización de material particulado, gases tóxicos y de efecto invernadero (especialmente CO2) tanto en ambientes interiores como exteriores, incluyendo la monitorización de nanopartículas y material particulado en fracciones relevantes para la salud y la captura, en tiempo real, de señales analógicas y/o digitales de sensores homologados para la medición de contaminantes. Dentro de esto, los objetivos específicos se detallan a continuación:
    • El desarrollo de un sistema integrado y autónomo para la medición y muestreo de nanopartículas y material particulado en diferentes fracciones y la monitorización de contaminantes de aire interior y exterior CO, CO2, O3, COV, SO2, NH3, NOx). El CO2 no se considera un gas toxico para la salud, pero si como gas de efecto invernadero y es el indicativo más importante del grado de ventilación que tiene un espacio cerrado para la prevención del contagio del COVID-19.
    • Adaptación del envío y recepción de los datos a los protocolos de las plataformas IoT de Smart City ya existentes, consiguiendo una mayor versatilidad.
    • Instalación de 2 dispositivos plug & play en dos empresas y dos localizaciones urbanas para su validación en estudios piloto.
    • Optimización del rango de medida y precisión del sensor de nanopartículas para la discriminación y recogida de tamaños en cuatro canales mediante la integración en el inlet de entrada de aire de sistemas innovadores de separación de tamaños diseñados mediante software de simulación fluidodinámica CFD y fabricado mediante tecnología de impresión 3D.
    • Implementación y calibración de nuevos sensores avanzados para la detección de gases contaminantes basados en la tecnología de respuesta resistiva.
    • Optimización del sistema de alimentación del dispositivo mediante la integración de células solares de silicio cristalino para mejorar su eficiencia energética.
    • Desarrollo de la plataforma BeSafe Cloud para el análisis avanzado de datos, e integración de información con webs de terceros y plataformas Smart City.

Start Tech Session

En un evento online se relataron los objetivos que se persiguieron en el proyecto, especialmente las acciones dirigidas a preservar la seguridad de las personas en diferentes ambientes, procesos y productos. Además, se identificaron los retos y sus antecedentes para preservar la seguridad laboral en ambientes industriales, así como la salud de las personas a través de la monitorización de contaminantes atmosféricos y del control y detección de patógenos en entornos críticos (aire, agua y superficies).

Por último, se mostraron las soluciones a desarrollar, líneas de trabajo y cómo estos resultados pueden beneficiar a las empresas e instituciones.

Biosensor desarrollado por ITENE para medir la presencia de covid-19 en BESAFE

Nota de prensa

En el marco del proyecto BeSafe se ha trabajado en el desarrollo de un sistema integrado de monitorización de material particulado, gases tóxicos y de efecto invernadero en ambientes interiores y exteriores. Gracias a este proyecto se podrá controlar la presencia de bacterias como la E. coli o la listeria en la industria alimentaria y detectar de forma temprana el SARS-CoV-2, el Aspergillus y otros patógenos presentes en aire, rompiendo así la cadena de transmisión. Puedes consultar más información en esta nota de prensa.

Resultados

Tech Transfer Session

En una Tech Transfer Session online, que tuvo lugar bajo el título ‘Sensores avanzados para gestionar la seguridad de ambientes, procesos y productos’, se difundieron nuevos avances para el control de patógenos y contaminantes y la monitorización de agentes químicos presentes en el ambiente industrial logrados por ITENE en el proyecto.

Línea 1: Sistema de detección de la presencia de SARS-CoV-2 en el ambiente de forma automática

En el marco de BeSafe, se ha desarrollado un sistema compuesto por biosensores electroquímicos y un equipo de captación de aerosoles que permite detectar la presencia de SARS-CoV-2 en el ambiente de forma automática.

  • Puede adaptarse a matrices, como el agua, la saliva y la sangre, y realizar mediciones cada dos horas.
  • Permite la detección de la proteína S1 del SARS-CoV-2 tras captar100 litros de aire por minuto durante 45 minutos y proceder a su disolución sin necesidad de retirar la muestra para llevar a cabo una PCR.
  • Puede detectar el virus en muestras destinadas a test de antígenos y PCR.
  • El límite de detección del biosensor es equivalente a 105 unidades de virus por mililitro, una sensibilidad adecuada dado que se estima que la cantidad de virus estimada en una persona infectada se sitúa entre los 109 y 1011.

Nota de prensa 

Se ha desarrollado un sistema compuesto por biosensores y un equipo de captación de aerosoles para identificar SARS-CoV-2 (virus que ocasiona el COVID-19) en el ambiente de forma automática sin requerir la retirada de las muestras para realizar una PCR. La validación clínica de este dispositivo, que es portátil, se ha realizado en habitaciones de pacientes con COVID-19 situadas en el Hospital Universitari i Politècnic La Fe de Valencia.

Dispositivo de detección de covid desarrollado por ITENE

Línea 2: Desarrollo de un sistema de monitorización de material particulado y gases en ambientes interiores como exteriores

En el proyecto, se ha desarrollado un dispositivo de coste asequible que detecta gases contaminantes y tóxicos y partículas en ambientes interiores, exteriores e industriales.

  • Mide la concentración en la atmósfera de gases y compuestos orgánicos volátiles (COV) generadores de malos olores.
  • Monitoriza la exposición a agentes químicos o físicos, las emisiones de gases tóxicos y de efecto invernadero y la contaminación acústica.
  • Ofrece una respuesta rápida, una alta robustez y sensibilidad en la medición de nanopartículas (de 23 a 300 nanómetros) y cuenta con sistemas de alarma para niveles altos de material particulado y gases.
  • Registra los datos en continuo y permite su visualización en un ordenador o tablet de forma instantánea.

Nota de prensa

El centro tecnológico ITENE ha desarrollado un nuevo dispositivo de fácil uso, portátil y de coste asequible que permite a empresas y administraciones públicas detectar gases contaminantes y tóxicos y partículas en ambientes industriales y exteriores.

Visualización de datos mediante el sistema de detección de la calidad del aire desarrollado por ITENE

Línea 3: Desarrollo de sensores para la detección de E.coli y Listeria.

Se ha desarrollado un nuevo kit de análisis que permite comprobar la presencia de E.coli y Listeria monocytogenes. en superficies y muestras alimentarias en 2 horas.

  • Se ha desarrollado un biosensor basado en determinadas propiedades que presenta el oro a nanoescala y utiliza biorreceptores específicos para cada caso.
  • El desarrollo obtenido permite apreciar a simple vista el resultado para concentraciones elevadas de patógenos tras dos horas de incubación.
  • El kit de análisis también puede alcanzar límites de detección más bajos al combinarse con dispositivos de pre-concentración de muestra y elementos de medida como un espectrofotómetro ultravioleta-visible (UV/VIS).

Adicionalmente, en este proyecto se ha desarrollado un dispositivo para detectar E.coli en aguas residuales y agua de mar en menos de 2 horas. Se trata de un desarrollo basado en la utilización de partículas magnéticas que favorecen la eliminación de efectos indeseados fruto de la matriz analizada y que se puede emplear en mediciones realizadas en espacios como playas.

Nota de prensa

Se ha desarrollado un nuevo kit de análisis que permite comprobar la presencia de E.coli y Listeria monocytogenes. en superficies y muestras alimentarias en 2 horas. La presencia de estos patógenos al entrar en contacto con los biosensores puede provocar un cambio en la coloración de la disolución apreciable a simple vista, poniendo de manifiesto la contaminación de la superficie o el alimento.

Kit de biosensores para la detección de E-coli y Listeria desarrollado por ITENE en BESAFE

Los resultados alcanzados en el proyecto BESAFE fueron presentados en el podcast ‘Innovación al día’ de REDIT mediante una entrevista realizada  a Carlos Fito, Gerente de Seguridad y Tecnologías de Monitorización Ambiental en ITENE. En concreto, se presentaron sensores avanzados para gestionar la seguridad de ambientes, procesos y productos y se abordó su potencial impacto sobre la cadena de valor.

El dispositivo compacto y de coste asequible de medición de emisiones de dióxido de carbono o de partículas que se generan en procesos industriales, como el polvo de sílice respirable, también fue presentado en una entrevista en Plaza TV.

Dispositivo de medición de calidad de aire desarrollado por ITENE en BESAFE

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