Un sensor con forma de bolígrafo detecta bisfenol A en el agua rápidamente y a bajo costo

Investigadores de la Universidad de São Paulo, en Brasil, desarrollaon una herramienta portátil –fabricada con grafito, nanopartículas de plata y poliuretano– que detecta la presencia de este compuesto químico perjudicial para la salud y considerado como un indicador de la existencia de contaminantes emergentes

Por Karina Ninni  |  Agência FAPESP – Investigadores de los institutos de Física (IFSC) y de Química (IQSC) de la Universidad de São Paulo (USP), con sede en la localidad de São Carlos (Brasil), desarrollaron un sensor con forma alargada y cilíndrica que parece un bolígrafo para el análisis de contaminantes químicos eliminados en el agua. Dicho sensor, fabricado con grafito, nanopartículas de plata y poliuretano, detecta bisfenol A (BPA), un compuesto químico al que se lo considera como un marcador molecular de la presencia de contaminantes emergentes, tales como productos farmacéuticos, hormonas y pesticidas, entre otros.

Los resultados de esta investigación, financiada por la FAPESP, se publicaron en la revista Materials Science and Engineering: C.

Paulo Augusto Raymundo-Pereira, coordinador del trabajo, explica que entre los contaminantes químicos que se eliminan en el medio ambiente cobran relieve los denominados interferentes endócrinos (también conocidos como desreguladores o disruptores endócrinos). El BPA, comúnmente utilizado en la producción de policarbonato (un tipo de plástico duro) y en barnices (como el que reviste las latas de aluminio), se encaja en esta clasificación.

Incluso a bajas concentraciones, estas sustancias son capaces de interferir en el sistema endócrino de los organismos, que abarca un conjunto de glándulas encargadas de la síntesis de hormonas, y causarle perjuicios a la salud, tales como desequilibrio hormonal, infertilidad y cáncer en los órganos reproductores.

Brasil prohibió la importación y la fabricación de mamaderas y otros utensilios para lactantes que contengan BPA, al considerar la mayor exposición y susceptibilidad de los usuarios de dichos productos. Según la normativa vigente desde enero de 2012, las mamaderas de policarbonato no pueden venderse en el país. Ese mismo año, la producción de mamaderas con BPA en su composición fue prohibida en Estados Unidos por la FDA (Food and Drug Administration), el organismo federal de vigilancia sanitaria de ese país.

Para las demás aplicaciones, el bisfenol A aún está permitido, pero la legislación estipula un límite máximo de migración específica de la sustancia al alimento, definido con base en los resultados de estudios toxicológicos.

“Sucede que los residuos de la producción pueden desecharse en arroyos y llegar a las estaciones de tratamiento de agua, que aún nos son un 100 % eficientes para remover todos esos contaminantes. Por ende, pueden llegar a las canillas de nuestras casas, y que terminemos así consumiéndolos.”

Este panorama requiere el monitoreo constante de la calidad del agua. En la actualidad, la determinación de los contaminantes emergentes en principio puede concretarse mediante análisis que contemplen la toma y el acondicionamiento de muestras, aparte de largas etapas de limpieza. En tanto, la determinación del BPA se realiza normalmente mediante la aplicación de técnicas tales como la cromatografía y la espectroscopía. Estos métodos convencionales de monitoreo son caros y lentos.

“No existe una manera sencilla de realización del análisis de contaminantes emergentes, y quizá esta es la principal razón por la cual las pruebas con bisfenol A u otros contaminantes aún no se encuentran a disposición de las empresas de saneamiento y de las agencias de control ambiental, o al menos no en los servicios públicos de los países en desarrollo. Este panorama puede cambiar en caso de que puedan analizarse estas sustancias con sensores sensibles y robustos, con un dispositivo sencillo y de bajo costo”, sostiene Raymundo-Pereira.

Pen sensor

La elección de los materiales que se emplearon en el dispositivo –al que los investigadores denominan pen sensor– tuvo en cuenta las ventajas obtenidas mediante su combinación, lo que contempló la estabilidad, la facilidad de limpieza de la superficie, la simplicidad y el bajo costo de preparación. Asimismo, el poliuretano utilizado es un polímero ecológicamente correcto, extraído del aceite de ricino.

“Ya teníamos una cierta experiencia con esos materiales. El grafito es buen conductor eléctrico. las nanopartículas de plata, ya lo sabíamos, mejoran la conductividad del grafito, y evitan que otras sustancias ‘se peguen’ en el sensor, aparte de funcionar muy bien en la detección de los compuestos fenólicos, tal como es el caso del bisfenol.”

La detección se concreta mediante la generación de una señal eléctrica producida por reacciones químicas de oxidación y/o reducción que transcurren sobre la superficie del sensor cuando el mismo entra en contacto con una muestra que contiene bisfenol A. Los métodos basados en el uso de sensores pueden suministrar resultados rápidos y confiables incluso en las estaciones de tratamiento, y sin necesidad de extraer muestras ni emplear aparatos sofisticados, ni requerir tampoco la labor de personal especialmente capacitado.

Inédito y versátil

Raymundo-Pereira explica que tanto el diseño del sensor como su composición son inéditos. “Puede utilizárselo como alternativa a las técnicas tradicionales, que son más caras, insumen más tiempo, generan residuos y requieren de un conocimiento técnico de alto nivel. A nuestro dispositivo puede usarlo cualquier persona, aun sin estar capacitada. Acoplado a un analizador menor que un celular, que puede conectarse a un smartphone, forma un conjunto portátil que puede llevárselo a una estación de tratamiento, por ejemplo. No hay necesidad de tomar una muestra de agua para analizarla en un laboratorio.”

También es posible utilizarlo en ríos, arroyos, contenedores, pozo e incluso en grifos. “En menos de un minuto de contacto de la muestra con el sensor es posible saber el resultado del análisis. Las pruebas convencionales tardan semanas y hasta meses. Asimismo, este bolígrafo puede utilizarse en la posición vertical, pero con el sensor para arriba, y en ese caso tan solo 25 microlitros (μl) de muestra –la mitad del volumen de una gota– serían suficientes para realizar la prueba”, comenta Marina Baccarin, primera autora del artículo.

El grupo remitió recientemente la patente del sensor al Instituto Nacional de la Propiedad Industrial (INPI), a través de la Agencia USP de Innovación. “La tecnología se encuentra lista para su producción y su transferencia. Intentamos utilizar un material barato: nada de equipos demasiado sofisticados o importados; todo puede encontrarse acá. Y esto es así precisamente para facilitar esa transferencia tecnológica”, remarca.

Esta investigación contó con el apoyo de la FAPESP a través de tres proyectos (16/01919-6, 17/04211-7 y 18/22214-6).

Puede accederse a la lectura del artículo intitulado Pen sensor made with silver nanoparticles decorating graphite-polyurethane electrodes to detect bisphenol-A in tap and river water samples en el siguiente vínculo: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0928493120308730.