Científicos de la Universidad de São Paulo desarrollan un guante que detecta pesticidas en alimentos

Con sensores ubicados en las puntas de los dedos, el dispositivo diseñado en Brasil permite verificar la presencia de sustancias tóxicas en frutas y verduras. Se trata de una técnica que no requiere la preparación previa de las muestras y no genera residuos

Por Karina Ninni  |  Agência FAPESP – Científicos de la Universidad de São Paulo (USP), en Brasil, crearon un dispositivo sensor vestible embutido en un guante de goma sintética capaz de detectar residuos de pesticidas en alimentos. Este trabajo, apoyado por la FAPESP, fue ideado y encabezado por el químico Paulo Augusto Raymundo-Pereira, investigador del Instituto de Física de São Carlos (IFSC-USP), con sede en la ciudad paulista homónima.

El dispositivo posee tres electrodos ubicados en el dedo índice, en el mayor y en el anular. Dichos eletrodos se imprimieron en el guante mediante serigrafía con una tinta conductora de carbono, y permiten la detección de las sustancias carbendacima (un fungicida de la clase de los carbamatos), diuron (un herbicida de la clase de las fenilamidas), Paraquat (un herbicida incluido en la lista de los compuestos de bipiridinio) y fenitrotiona (un insecticida del grupo de los organofosforados). En Brasil, se aplican carbendacina, diuron y fenitrotiona en cultivos de cereales (trigo, arroz, maíz, soja y frijol), frutas cítricas, café, algodón, cacao, banana, piña, manzana y caña de azúcar. En tanto, el uso de Paraquat fue prohibido en el país por la Agencia Nacional de Vigilancia Sanitaria (Anvisa).

El análisis puede realizarse directamente en líquidos: basta con sumergir en la muestra la punta del dedo con el sensor, y también en frutas, verduras y legumbres, al tocar la superficie de la muestra.

Sergio Antonio Spinola Machado, docente del Instituto de Química de São Carlos (IQSC-USP) y coautor de la investigación, afirma que no existe nada similar en el mercado y que los métodos más utilizados actualmente para la detección de pesticidas se basan en técnicas tales como la cromatografía (una técnica analítica de separación de mezclas), espectrofotometría (un método óptico de análisis utilizado en biología y fisicoquímica), electroforesis (un técnica que utiliza un campo eléctrico para la separación de moléculas) o ensayos de laboratorio.

“No obstante, esas metodologías tienen un alto costo, requieren de mano de obra especializada y un tiempo largo entre los análisis y la obtención de los resultados. Los sensores constituyen una alternativa a las técnicas convencionales, pues con base en análisis confiables, sencillos y robustos, suministran información analítica rápida, in situ y de bajo costo.”

En el guante que el grupo creó, cada dedo se encarga de la detección electroquímica de un tipo de pesticida. La identificación se concreta sobre la superficie del alimento, pero en medio acuoso. “Necesitamos agua, pues se requiere de un electrolito [una sustancia capaz de formar iones positivos y negativos en solución acuosa]. Basta gotearla sobre el alimento y la solución establece el contacto entre este y el sensor. La detección se concreta en la interfaz entre el sensor y la solución”, detalla la química Nathalia Gomes, investigadora del IQSC-USP e integrante del equipo.

Los sensores

El proceso de verificación de la presencia de pesticidas es sencillo. Se pone un dedo por vez en la muestra: primeramente, el dedo índice; luego el mayor y, por último, el anular. En el caso de un jugo de frutas, basta con efectuar la inmersión de los dedos en el líquido, uno por vez. La detección se concreta en un minuto y, en el caso del dedo anular, en menos de un minuto.

“El sensor en el dedo anular aplica una técnica más rápida. Está compuesto por un electrodo de carbono funcionalizado, mientras que los de los otros dos dedos lo están por electrodos modificados con nanoesferas de carbono [el del dedo índice] y carbono Printex, un tipo específico de nanopartícula de carbono [el del dedo mayor]. Tras la detección, los datos se analizan con un software instalado en el celular”, explica Raymundo-Pereira.

El investigador remarca que la incorporación de materiales de carbono dotó de selectividad a los sensores, una de las propiedades más importantes y difíciles de obtener en dispositivos de esta índole. “Una elección criteriosa de materiales a base de carbono hizo posible la detección sensible y selectiva de cuatro tipos de pesticidas entre los más aplicados en la agricultura: carbamatos, fenilamidas [subtipo de las fenilureas], compuestos de bipiridinio y organofosforados. De este modo, una de las diferencias de esta invención reside en su capacidad de detección selectiva en presencia de otros grupos de pesticidas, tales como triazinas, glicina sustituida, triazol, estrobilurina y dinitroanilina. Con los métodos tradicionales esto no es posible.”

Otro destacado del dispositivo es la posibilidad de detección directa, sin preparación de la muestra, lo que acelera el proceso. Asimismo, el método preserva el alimento, con lo cual hace posible su consumo tras su análisis.

El guante no tiene fecha de vencimiento y puede utilizarse mientras que no existan daños en los sensores. Osvaldo Novais de Oliveira Junior, docente del IFSC-USP y coautor de la investigación, explica que los sensores pueden dañarse por la acción de solventes orgánicos (tales como alcohol y acetona) o debido a algún contacto mecánico impropio en la superficie de los mismos (un objeto que los arañe, por ejemplo).

El mercado

Raymundo-Pereira subraya que este producto es innovador y que se encuentra en marcha el proceso de solicitud de una patente ante el Instituto Nacional de la Propiedad Industrial (Inpi) de Brasil. Y afirma que no existe un procedimiento sencillo para la detección de pesticidas, la principal razón por la cual las pruebas para la discriminación de distintos tipos de pesticidas y otros contaminantes aún no se encuentran disponibles en el mercado. Para el investigador, el empleo de dispositivos como este guante, que permiten el análisis químico de materiales peligrosos in situ, sería relevante en aplicaciones alimentarias, ambientales, forenses y de seguridad, al hacer posible un rápido proceso de toma de decisiones en campo.

“Representantes de las agencias internacionales que llevan a cabo el control del ingreso de alimentos en los diversos países del mundo ya emplean guantes para manipularlos. ¿Imagínese si contaran con un sistema de detección de pesticidas embutido? Los alimentos con pesticidas prohibidos serían desechados en la propia frontera. Este dispositivo puede emplearse también durante las cosechas.”

Según el investigador, el costo del mismo es básicamente el costo de guante, sin el sensor. “Los sensores cuestan menos de 0,1 dólar. El costo principal es el guante. Utilizamos un guante nitrílico porque es menos poroso que el de látex. Con la pandemia, su precio se disparó. Y el costo unitario subió. Pero, de todos modos, el dispositivo que creamos es un producto muy barato. Más accesible que las pruebas que se aplican actualmente.”

La investigación contó con financiación de la FAPESP en el marco de cuatro proyectos (16/01919-6; 20/09587-8; 19/01777-5; y 18/22214-6). 

Puede accederse a la lectura del artículo intitulado Selective and sensitive multiplexed detection of pesticides in food samples using wearable, flexible glove-embedded non-enzymatic sensors en el siguiente enlace: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720334045.