Pesquisa da UFSCar aprimora funcionamento de microscópio in situ

Estudo resultou em protótipo para monitoramento em tempo real da fermentação da cana-de-açúcar

A técnica da microscopia in situ é uma proposta para automatizar análises microbiológicas rotineiras em meios líquidos sem a necessidade de coletar, transportar e preparar amostras, como ocorre, por exemplo, em usinas de cana-de-açúcar para a produção do etanol combustível. Entretanto, reajustes frequentes da objetiva do microscópio limitavam seu uso em processos de longa duração.

Com o propósito de eliminar a necessidade de ajustes de foco durante a captura de imagens, Hajo Suhr, pesquisador da Hochschule Mannheim (Alemanha) e precursor da técnica da microscopia in situ, desenvolveu uma lente objetiva com resolução óptica submicrométrica que permite imersão direta na suspensão de microrganismos sob investigação, dispensando, portanto, a necessidade de ajustes de foco como ocorre em versões anteriores da técnica in situ. Apesar das vantagens da nova objetiva, seu desempenho é extremamente dependente do preciso posicionamento das lentes milimétricas que compõem a objetiva. Com isso, a busca pela reprodutibilidade do sistema óptico tornou-se um tópico de pesquisa no contexto da microscopia in situ.

Valdinei Luís Belini, professor do Departamento de Engenharia Elétrica (DEE) da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), realizou seu pós-doutorado na Alemanha sob a supervisão direta dos professores Hajo Suhr e Philipp Wiedemann. Como integrou a equipe que desenvolveu a versão mais recente do equipamento, o professor da UFSCar focou seus estudos na resolução da montagem das lentes que compõem a objetiva do microscópio. “Havia uma dificuldade em integrar todas as lentes da objetiva e garantir que o equipamento funcionasse satisfatoriamente sempre que fosse montado”, lembra o pesquisador.

Assim, Belini desenvolveu um protótipo de microscópio in situ que possibilitou o posicionamento correto das pequenas lentes de maneira simples e robusta. Em termos práticos, essa construção significa que o instrumento pode capturar imagens continuamente durante longos processos de fermentação sem a necessidade de ajustes ópticos ou mecânicos, requisito essencial para a integração do instrumento ao sistema supervisório e de controle existente em plantas industriais de cana-de-açúcar. Em agosto deste ano, com apoio financeiro do Ministério para a Ciência, Pesquisa e Arte, do Estado de Baden-Württemberg, Alemanha, Belini visitou a Hochschule Mannheim para demonstrar e compartilhar a técnica da montagem com seus parceiros de pesquisa.

Monitoramento em tempo real

O microscópio in situ permite o monitoramento em tempo real de partículas e microrganismos diretamente do meio líquido, preservando, portanto, a esterilidade da suspensão. O instrumento pode ser utilizado para visualizar bactérias, leveduras, células animais, células sanguíneas, cristais, entre outros.

Um dos usos do microscópio in situ que vem sendo estudado por Belini desde 2012 é no controle de contaminações no processo fermentativo da cana-de-açúcar. “Contaminações afetam frequentemente a produtividade do etanol, uma vez que elas podem resultar na redução da viabilidade de leveduras fermentativas, produção excessiva de espuma e incompleta fermentação de açúcares”, detalha. “Em episódios severos de contaminação, o tratamento pode demandar o descarte de milhões de litros de substrato, causando, portanto, consumo adicional de insumos, água, energia elétrica, além do tempo e custo envolvidos na interrupção e limpeza dos sistemas afetados para o início de um novo ciclo de fermentação”, afirma o pesquisador.

“Um monitoramento mais eficaz pode contribuir para reduzir perdas e, assim, incrementar a eficiência da produção do biocombustível, pois a fermentação é o núcleo da produção do etanol e também o processo que mais acumula perdas”, diz Belini, que conclui: “As imagens microscópicas produzidas pelo instrumento constituem uma rica fonte de informações, pois capturam toda a estrutura visual da suspensão. Informações morfológicas de suspensões, particularmente se obtidas in situ e em tempo real, podem ser usadas para aumentar a eficiência da produção bem como reduzir impactos ambientais por meio da detecção precoce de atividades anormais de leveduras contaminantes”.

Imagem: Imagem do microscópio in situ / divulgação