Titlu Proiect: Îmbunătățirea monitorizării calității apei cu un sistem portabil de detectare a erbicidelor pentru gestionarea durabilă a resurselor de apa
Acronim: WATERGUARD
Tip proeict: PNCDI IV - Program 5.7 - Parteneriat pentru Inovare, Subprogramul 5.7.1 Parteneriate pentru competitivitate, PN-IV-P7-7.1-PED-2024-0558
Contract nr. 17PED/2025
Project Duration: 03.01.2025 - 31.12.2026
Buget: 809843 Lei (750000 lei buget stat si 59843 Lei co-finantare)
Autoritate contractantă: Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării – UEFISCDI (www.uefiscdi.gov.ro)
Instituţie coordonatoare: Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Microtehnologii – IMT Bucureşti (www.imt.ro)
Director proiect: Dr. Livia DINU (livia.dinu@imt.ro)
Instituţie partenera: EPI-SISTEM SRL
Responsabil partener: Petru EPURE (petru.epure@epi.ro)

WATERGUARD este un proiect inovator axat pe dezvoltarea unui sistem portabil de monitorizare a erbicidelor folosind senzori microfabricați pentru gestionarea durabilă a resurselor de apă. Sistemul își propune să detecteze glifosatul, un erbicid comun, în apele de suprafață. Prin utilizarea tehnologiei avansate, inclusiv electrozi microfabricați și polimeri imprimati molecular, proiectul oferă o soluție precisă pentru monitorizarea "on-site" a calității apei. Integrarea acestei tehnologii într-un dispozitiv portabil facilitează măsurători în timp real, contribuind la gestionarea resurselor de apă, promovând agricultura durabilă și protejând sănătatea publică. Cu implicarea întreprinderii EPI-SISTEM S.R.L., WATERGUARD își propune să ofere un instrument practic pentru gestionarea eficientă a calității apei, aliniindu-se obiectivelor mai ample ale practicilor durabile și responsabile în domeniul resurselor de apă.

O1. Development of NCG-based electrochemical transducer - Develop and validate a microfabricated electrochemical transducer integrated with NCG for the WE, instead of Au to enhance the electrochemical performances and sensitivity of herbicide detection in water samples
O2. Targeted Selectivity with MIP Layers for Herbicide Recognition - Implement MIP layers on the electrochemical transducer consisting in NCG substrate to achieve high selectivity in detecting specific herbicides, focusing on glyphosate as a primary target
O3. Portable On-Site Detection: MIP-Based Sensor - Integrate the MIP-based electrochemical sensor into a portable device as experimental model, aligning with the project's goal of providing on-site herbicide detection capabilities for efficient water resource management and reaching TRL 4
O4. Pioneering Water Quality Monitoring with NCG and MIP Technology - Contribute to the advancement of water quality monitoring technologies by combining innovative elements, such as the NCG-based electrochemical microfabricated transducer and MIP selective layers, establishing WATERGUARD as a pioneering solution in the field
O5. Dissemination Excellence: Sharing WATERGUARD's Innovations - Disseminate the research findings and technological advancements achieved within WATERGUARD through various channels, including project website, scientific publications, patent application, national and international conferences and projects meetings.

Etapa 1 - 2025: Rezumat raport stiintific

1. Obiectivul general al activităților: Scopul principal al etapei 2025 a proiectului WATERGUARD a fost dezvoltarea și optimizarea unei platforme electrochimice avansate pentru detecția erbicidelor, prin combinarea senzorilor microfabricați pe bază de grafit nanocristalin (NCG) cu polimeri molecular imprimați (MIP) pentru selectivitate ridicată și integrarea lor într-un dispozitiv portabil de măsură.
Obiectivele au inclus:
• dezvoltarea senzorilor electrochimici NCG pentru aplicații de mediu;
• integrarea polimerilor MIP în vederea detecției selective a glifosatului;
• proiectarea și dezvoltarea unui potențiostat portabil adaptat la senzorii microfabricați.
2. Activități de cercetare și dezvoltare realizate: CO-IMT a realizat fluxul complet de microfabricare a dispozitivelor electrochimice: proiectarea în Clewin, fabricarea măștilor fotolitografice, depunerea NCG prin PECVD, litografie, lift-off metalic, pasivare ALD și dicing. Senzorii obținuți au fost caracterizați structural (SEM, Raman, FTIR) și electrochimic (CV, EIS), confirmând calitatea substratului NCG și compatibilitatea cu procesele de funcționalizare. Pentru selectivitate, au fost dezvoltate și optimizate filme MIP bazate pe chitosan și polipirol, imprimate cu moleculele GLY, urmate de reticulare, extracție și caracterizare. Analizele structurale și spectrale au confirmat formarea cavităților specifice, iar testele electrochimice au demonstrat îmbunătățirea transferului electronic după extracție.
Partenerul EPI-SISTEM a definit specificațiile inițiale ale dispozitivului portabil și a realizat proiectarea hardware: integrarea modulului electrochimic EmStat-Pico (AduCM335), a microcontrollerului PSOC5, a modulului de afișaj SmartGPU, a sistemului de alimentare și a interfețelor de comunicare. Au fost dezvoltate module software embedded (limbaj C, PSOC Creator 4.3) și o celulă dedicată pentru incubarea probei, realizată prin 3D-Design și Print-3D.
Performanțele senzorilor au fost testate pe platforme multiple (Autolab 302N/204, SensiT, dispozitivul portabil Waterguard), confirmând reproducibilitatea răspunsului electrochimic și compatibilitatea senzorilor microfabricați cu sistemul portabil.
3. Diseminarea rezultatelor științifice:
• 3 prezentări orale invitate, 1 prezentare orală și 2 postere, inclusiv la BIOSENSORS 2025, BIOMATSEN, IOCN 2025, ICPAM-17 și CAS 2025;
• 1 articol ISI Q1 publicat, 1 articol în proceedings ISI;
• workshop și vizită de lucru la Universitatea din Tokyo, participare la întâlniri de proiect, vizite tehnice la IMT;
• lansarea website-ului oficial al proiectului;
• depunerea cererii de brevet nr. A/00179/20.05.2025 privind platforma de detecție;
4. Rezultate și impact: • Senzorul MIP-CS-NCG a demonstrat o performanță analitică excelentă în detecția glifosatului, cu LOD de 0,015 ppb și LOQ de 0,05 ppb.• Caracterizările structurale au confirmat integritatea filmelor NCG și formarea cavităților imprimate specifice.• Dispozitivul portabil Waterguard a fost realizat într-o formă funcțională, permițând voltametrie ciclică, voltametrie liniară, amperometrie și, ulterior, EIS.• Integrarea hardware–software și compatibilitatea cu senzorii microfabricați validează cadrul complet pentru testarea selectivității și a curbelor de calibrare în etapa următoare.• Vizibilitatea internațională a echipei a crescut prin participări la conferințe, publicații ISI și activități de colaborare.
5. Concluzie: Etapa 2025 și-a atins obiectivele majore, stabilind baza tehnologică completă pentru senzorul electrochimic microfabricat și pentru dispozitivul portabil de detecție. Au fost generate rezultate științifice solide, know-how tehnic nou și o platformă funcțională capabilă să fie validată complet în 2026. Diseminarea extinsă și brevetul depus confirmă originalitatea și impactul direcției de cercetare.

• Output indicators (planned) No's
  • ISI papers 3;
  • demonstrators 1;
  • designs 1;