Ciencia y Tecnología

Inventan un sensor que detecta las sustancias químicas dañinas en el agua potable

Timothy Swager, profesor de química John D. MacArthur en el MIT y autor principal del estudio MIT

Los químicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, han diseñado un sensor que detecta pequeñas cantidades de perfluoroalquilos y polifluoroalquilos (PFAS), sustancias químicas que se encuentran en envases de alimentos, utensilios de cocina antiadherentes y muchos otros productos de consumo.

Estos compuestos, también conocidos como "químicos permanentes" porque no se descomponen naturalmente, se han relacionado con una variedad de efectos nocivos para la salud, incluido el cáncer, problemas reproductivos y alteraciones de los sistemas inmunológico y endocrino.

Utilizando la nueva tecnología de sensores, los investigadores demostraron que podían detectar niveles de PFAS tan pequeños como 200 partes por billón en una muestra de agua. El dispositivo que diseñaron podría ser una buena forma de que los consumidores analicen su agua potable, y también podría ser útil en industrias que dependen en gran medida de productos químicos PFAS, incluida la fabricación de semiconductores y equipos contra incendios.

"Existe una necesidad real de estas tecnologías de detección. Estas sustancias químicas nos acompañarán durante mucho tiempo, por lo que debemos ser capaces de detectarlas y eliminarlas", aseguró Timothy Swager, profesor de química John D. MacArthur en el MIT y autor principal del estudio, que se detalla en un artículo publicado esta semana en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias .

Detección de PFAS

Los recubrimientos que contienen sustancias químicas PFAS se utilizan en miles de productos de consumo. Además de los revestimientos antiadherentes para utensilios de cocina, también se utilizan habitualmente en ropa repelente al agua, telas resistentes a las manchas, cajas de pizza resistentes a la grasa, cosméticos y espumas contra incendios.

Estos productos químicos fluorados, que se han utilizado ampliamente desde la década de 1950, pueden liberarse al agua, el aire y el suelo, desde fábricas, plantas de tratamiento de aguas residuales y vertederos. En Estados Unidos se han encontrado en fuentes de agua potable en los 50 estados.

En 2023, la Agencia de Protección Ambiental estadounidense creó un "límite de salud recomendado" para dos de los químicos PFAS más peligrosos, conocidos como ácido perfluorooctanoico (PFOA) y sulfonato de perfluorooctilo (PFOS). Estos avisos exigen un límite de 0,004 partes por billón de PFOA y 0,02 partes por billón de PFOS en el agua potable.

Actualmente, la única forma en que un consumidor puede determinar si su agua potable contiene PFAS es enviar una muestra de agua a un laboratorio que realiza pruebas de espectrometría de masas. Sin embargo, este proceso lleva varias semanas y cuesta cientos de dólares.

Para crear una forma más económica y rápida de realizar pruebas de PFAS, el equipo del MIT diseñó un sensor basado en tecnología de flujo lateral, el mismo enfoque utilizado para las pruebas rápidas de Covid-19 y las pruebas de embarazo. En lugar de una tira reactiva recubierta con anticuerpos, el nuevo sensor está integrado con un polímero especial conocido como polianilina, que puede cambiar entre estados semiconductor y conductor cuando se añaden protones al material.

Los investigadores depositaron estos polímeros en una tira de papel de nitrocelulosa y los recubrieron con un tensioactivo que puede extraer fluorocarbonos como PFAS de una gota de agua colocada sobre la tira. Cuando esto sucede, los protones de las PFAS son atraídos hacia la polianilina y la convierten en un conductor, lo que reduce la resistencia eléctrica del material. Este cambio en la resistencia, que puede medirse con precisión mediante electrodos y enviarse a un dispositivo externo como un teléfono inteligente, proporciona una medición cuantitativa de la cantidad de PFAS presente.

Un sistema fácil de usar

Este enfoque funciona sólo con PFAS que son ácidos, que incluyen dos de los PFAS más dañinos: el PFOA y el ácido perfluorobutanoico (PFBA). La versión actual del sensor puede detectar concentraciones tan bajas como 200 partes por billón de PFBA y 400 partes por billón de PFOA. Esto no es lo suficientemente bajo como para cumplir con las pautas actuales de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, pero el sensor usa solo una fracción de mililitro de agua. 

Los investigadores ahora están trabajando en un dispositivo a mayor escala que podría filtrar alrededor de un litro de agua a través de una membrana hecha de polianilina, y creen que este enfoque debería aumentar la sensibilidad en más de cien veces, con el objetivo de cumplir con el objetivo. niveles de aviso de la EPA muy bajos.

"Prevemos un sistema doméstico fácil de usar", afirmó Swager. "Puedes imaginarte que pones un litro de agua, la dejas pasar por la membrana y tienes un dispositivo que mide el cambio de resistencia de la membrana", añadió.

Un dispositivo de este tipo podría ofrecer una alternativa rápida y menos costosa a los métodos actuales de detección de PFAS. Si se detectan PFAS en el agua potable, existen filtros disponibles comercialmente que se pueden usar en el agua potable doméstica para reducir esos niveles. El nuevo enfoque de prueba también podría ser útil para las fábricas que fabrican productos con químicos PFAS, para que puedan probar si el agua utilizada en su proceso de fabricación es segura para liberarse al medio ambiente.

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