Nanosensores para detectar contaminantes en el agua

El agua es importante para la salud de los seres vivos, ya sea que se utilice para beber, producir alimentos, uso doméstico, o bien fines recreativos.

No obstante, en muchas ocasiones el agua se encuentra contaminada; de acuerdo con datos de la Organización Mundial de la Salud (OMS), al año se registran al menos 842 mil muertes relacionadas con la insalubridad del agua.

Con el objetivo de contribuir a atender este problema mundial, la estudiante mexicana Martha Raquel Báez Gaxiola desarrolla en la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) unos sensores basados en nanomateriales para el análisis de contaminantes en el agua.

Como parte de su investigación de posgrado, que realiza con una beca del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) y bajo la asesoría de los doctores César Fernández Sánchez y Ernest Mendoza Gómez, estos nanosensores pueden detectar una gran variedad de contaminantes, tales como los formaldehídos y la sucralosa, que son considerados como contaminantes emergentes.

Asimismo, estos nanosensores también pueden detectar la presencia de metales pesados como el cadmio (Cd) y plomo (Pb), que se encuentran catalogados en la lista de contaminantes prioritarios, por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA, por sus siglas en inglés).

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, Martha Raquel Báez Gaxiola, quien es una de las finalistas del concurso Tu tesis en 3 minutos que organiza el Conacyt y la UPC, explicó de qué están hechos y cómo funcionan estos innovadores sensores.

Agencia Informativa Conacyt (AIC): Actualmente, ¿cómo se detectan los contaminantes en el agua?

Martha Raquel Báez Gaxiola (MRBG): Las técnicas más utilizadas para análisis de aguas son las cromatografías, tanto líquidas como en gas.agua1 624

AIC: ¿Cómo funcionan los sensores que desarrollas?

MRBG: Son sensores químicos con transducción electroquímica que al entrar en contacto con contaminantes en medio acuoso y mediante la aplicación de un potencial eléctrico producen una corriente medible y equivalente a la concentración de dicho contaminante en la muestra.

AIC: ¿Podrías describir los sensores?

MRBG: Los sensores están compuestos por microelectrodos de oro fabricados mediante una técnica estándar de fotolitografía usando una estructura de silicio-óxido de silicio-metal (Si/SiO2/metal), los cuales se desarrollan en el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM).

Estos sensores tienen una superficie de 3x3 milímetros sobre la cual se deposita un compuesto de nanotubos de carbono y nanopartículas metálicas.

También están conformados por un sistema electroquímico de tres electrodos convencionales para realizar las primeras pruebas de caracterización y funcionamiento.

Se realizan calibraciones con diferentes concentraciones del contaminante, pruebas de reproducibilidad, análisis de la superficie del electrodo mediante microscopía electrónica, etcétera.

Una vez caracterizado se procede a introducirlo en un sistema de flujo donde se utiliza un sistema de tres electrodos miniaturizados y se realizan medidas en flujo con muestras reales.

AIC: ¿Qué tipos de contaminantes detectan?

MRBG: Se pueden realizar diferentes configuraciones para detectar una gran variedad de contaminantes, pero en mi tesis me encargué de desarrollar sensores para hallar formaldehídos y sucralosa que son contaminantes emergentes y uno más para detectar cadmio y plomo, que se encuentran catalogados en la lista de contaminantes prioritarios.

AIC: ¿En dónde se podrían utilizar estos sensores?

MRBG: Hemos probado los electrodos con muestras reales provenientes de aguas residuales con muy buenos resultados, hasta ahora seguimos trabajando en su incorporación en un sistema de flujo que permita realizar medidas de manera continua y en un futuro poderlos incorporar en un sistema que funcione de manera autónoma.

AIC: ¿Estos sensores no contaminan?

MRBG: No, las nanopartículas que incorporamos en los sensores están elaboradas de metales de baja o nula toxicidad como oro, plata o bismuto.

AIC: ¿Qué ventajas representan estos sensores que desarrollas con lo que ya existe?

MRBG: En la actualidad no existen herramientas analíticas pequeñas y de bajo costo que permitan medir estos contaminantes de forma rápida y potencialmente en campo.

Las técnicas actuales de medida requieren equipamiento costoso, grande y tienen que llevarse a cabo en laboratorios especializados. Ello conlleva tomar muestras, transportarlas y conservarlas de forma adecuada hasta que se pueda realizar el análisis. Esto aumenta de forma considerable el precio por análisis.

Todas estas desventajas se podrían resolver con sensores electroquímicos como los que desarrollo en esta tesis. Para algunos de los contaminantes estudiados se han reportado previamente sensores electroquímicos con diferentes configuraciones pero que tienen limitaciones, ya sea de estabilidad, sensibilidad o que simplemente no se han probado en un entorno real.

AIC: ¿Cuál es su vida útil?

MRBG: Esto dependerá de las condiciones de trabajo y de la configuración que tenga cada sensor, por ejemplo para el sensor de oro para formaldehído podemos efectuar hasta 30 medidas sin que el sensor pierda sensibilidad.

AIC: ¿Cuándo podrían salir a la venta?

MRBG: Los sensores aún están en fase de prueba. Es muy importante facilitar la realización de una medida con estos sensores y por ello la integración en sistemas automáticos basados en estructuras fluídicas, como las que estoy desarrollando en la tesis, es primordial para poder pensar en poner estos productos a la venta.

Igualmente habría que desarrollar una instrumentación adaptada a estos sensores, y en esto, el grupo en el que hago la tesis tiene mucha experiencia.

AIC: ¿Cuál sería su costo?

MRBG: El precio varía mucho dependiendo del número de unidades que se fabriquen, pero sería muy inferior al que tienen algunos de los equipos que se utilizan para realizar estas medidas actualmente. La meta sería poder fabricarlos a un precio por debajo de los 20 dólares por unidad.

AIC: ¿Qué papel jugó Conacyt en tu formación académica y en el desarrollo de este proyecto?

MRBG: Un papel esencial, ya que de no haber obtenido una beca Conacyt para el doctorado no me hubiera sido posible realizarlo. El apoyo que brinda Conacyt a los becarios en el extranjero no es solo económico sino que además con la creación de eventos estudiantiles, como el Simposio de Becarios Conacyt en Europa o las Jornadas Conacyt Cataluña, nos permiten dar a conocer nuestro trabajo y crear una comunidad con otros becarios, lo cual me parece parte de una formación integral como profesionales.

AIC: ¿Qué piensas hacer al regresar a México?

MRBG: Me gustaría incorporarme a la industria o poder realizar un proyecto conjunto academia-industria, creo que esa vinculación es muy importante para el desarrollo de nueva tecnología e innovación en el país, este modelo es muy exitoso en Europa y aunque existen algunos casos de éxito en México, aún no es muy común.

AIC: En tu opinión, ¿qué percepción se tiene en la universidad que estudias sobre el trabajo de los científicos mexicanos?

MRBG: En la UPC ha habido un gran número de estudiantes mexicanos en diferentes áreas, la mayoría de los cuales al terminar sus estudios sigue trabajando en colaboración con investigadores de esta universidad, por lo tanto creo que se tiene una buena percepción sobre la calidad de los profesionales de la ciencia en México.

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