Investigadores japoneses logran identificar sustancias químicas peligrosas en concentraciones diminutas gracias a unos sensores fabricados sobre tela reutilizada, abriendo la puerta a controles de calidad del agua más rápidos y económicos.
- 📱 Conectado al móvil: un pequeño dispositivo electrónico permite registrar las mediciones realizadas por el sensor.
- 💧 Detecta PFAS en el agua: el prototipo identifica PFOA y PFOS, dos contaminantes especialmente preocupantes por su persistencia ambiental.
- 🔬 Sin laboratorio externo: permite analizar muestras directamente en el lugar de recogida, sin recurrir a grandes equipos de espectrometría de masas.
- ♻️ Fabricación económica: los investigadores produjeron 100 electrodos desechables sobre tejido reutilizado en apenas unas horas.
- ⚡ Sin reactivos adicionales durante la medición: utiliza cambios en la corriente eléctrica para detectar las sustancias contaminantes.
- 🌍 Tecnología adaptable: sus materiales de reconocimiento molecular podrían modificarse para identificar otros compuestos de la familia PFAS.
Detectar sustancias químicas potencialmente peligrosas en el agua podría llegar a ser tan sencillo como conectar un pequeño sensor a un teléfono móvil. Un equipo de investigadores japoneses ha desarrollado un dispositivo portátil capaz de identificar concentraciones extremadamente bajas de PFAS, los contaminantes conocidos como «sustancias químicas eternas», sin necesidad de trasladar las muestras a un laboratorio especializado.
El prototipo, desarrollado por el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), combina electrodos de bajo coste, materiales capaces de reconocer moléculas específicas y un pequeño instrumento electrónico que puede conectarse directamente a un teléfono inteligente o un ordenador portátil.
La investigación, publicada en la revista científica Biosensors and Bioelectronics, abre la posibilidad de realizar controles de contaminación directamente en ríos, depósitos de agua y otros puntos de muestreo, aunque todavía requiere pruebas adicionales antes de convertirse en una solución comercial.
El problema de detectar contaminantes que prácticamente no desaparecen
Las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas, conocidas por sus siglas PFAS, constituyen una familia de más de 10.000 compuestos químicos sintéticos.
Su extraordinaria resistencia al agua, las grasas, el calor y la degradación química ha favorecido su utilización en numerosos productos industriales y de consumo, desde recubrimientos antiadherentes hasta espumas contra incendios y determinados tratamientos textiles.
Sin embargo, esas mismas propiedades representan un importante problema ambiental.
Muchos de estos compuestos pueden permanecer durante largos periodos en el medio ambiente, desplazarse a través del agua y acumularse en determinados organismos.
Además, la exposición a algunos PFAS se ha relacionado con diferentes efectos adversos sobre la salud, aunque los riesgos dependen de la sustancia, la concentración y el tiempo de exposición.
Uno de los principales obstáculos para controlar esta contaminación es la dificultad de medir concentraciones extremadamente pequeñas.
Los métodos analíticos convencionales suelen requerir instrumentos avanzados, como sistemas de cromatografía acoplados a espectrometría de masas.
Estas técnicas ofrecen una gran sensibilidad y capacidad de identificación, pero también necesitan personal especializado, instalaciones adecuadas y el transporte de muestras hasta el laboratorio.
El nuevo dispositivo pretende simplificar precisamente esta parte del proceso.
Cómo funciona el sensor que detecta PFAS con un teléfono móvil
El elemento fundamental del invento es un material diseñado para reconocer moléculas concretas.
Los investigadores han utilizado polímeros de impresión molecular, conocidos como MIP por sus siglas en inglés, que funcionan de manera similar a unos anticuerpos artificiales.
Su fabricación comienza utilizando la molécula contaminante como plantilla.
Al formarse el material a su alrededor, se generan estructuras adaptadas a su geometría y propiedades químicas. Posteriormente, la molécula original se elimina, dejando espacios capaces de reconocerla cuando vuelve a entrar en contacto con el sensor.
El funcionamiento recuerda al de una cerradura diseñada para una llave específica.
Cuando una molécula de PFAS se une al material de reconocimiento, provoca una modificación de la respuesta electroquímica del electrodo.
El dispositivo registra estos cambios de corriente eléctrica y los relaciona con la concentración del contaminante presente en la muestra.
El sistema consta de tres componentes principales:
- Una tira sensora: incorpora electrodos impresos y recubiertos con materiales específicos para reconocer los contaminantes.
- Un potenciostato portátil: es el instrumento electrónico que controla la medición electroquímica y registra las variaciones de corriente.
- Un teléfono móvil u ordenador: se conecta al potenciostato para recibir y procesar las mediciones.
Una ventaja importante es que el procedimiento de detección no necesita añadir reactivos químicos adicionales a cada muestra.
Esto podría facilitar su utilización fuera de los laboratorios y reducir los consumibles necesarios para realizar controles frecuentes.
Fabrican 100 sensores sobre tela reutilizada en unas horas
Otro aspecto interesante del desarrollo es su sistema de fabricación.
En lugar de recurrir a componentes especialmente complejos o costosos, el equipo utilizó una técnica de serigrafía para imprimir electrodos directamente sobre tiras de tejido reutilizado.
El procedimiento es conceptualmente parecido al empleado para imprimir diseños sobre una camiseta, aunque en este caso se depositan materiales conductores que forman parte de un circuito electroquímico.
Los investigadores consiguieron fabricar 100 electrodos desechables en apenas unas horas.
Después aplicaron los polímeros específicos para reconocer las sustancias contaminantes y conectaron los sensores a potenciostatos comerciales de pequeño tamaño.
Esta combinación de impresión sobre materiales económicos y electrónica disponible comercialmente resulta especialmente interesante para una futura producción a mayor escala.
No obstante, el equipo todavía no ha comunicado un precio comercial del dispositivo ni un coste definitivo por análisis.
Detecta dos de los PFAS más preocupantes
Durante el desarrollo, los científicos concentraron sus pruebas en dos sustancias concretas:
- PFOA (ácido perfluorooctanoico): compuesto históricamente utilizado en diferentes procesos industriales y productos químicos.
- PFOS (ácido perfluorooctanosulfónico): sustancia empleada anteriormente en diversas aplicaciones industriales, incluidos determinados tratamientos superficiales y espumas contra incendios.
Ambos compuestos han sido objeto de restricciones y controles regulatorios debido a sus riesgos ambientales y sanitarios.
Para evaluar el funcionamiento del sistema, los investigadores realizaron ensayos con muestras de agua dulce y agua potable a las que añadieron concentraciones conocidas de estas sustancias.
Los resultados mostraron una buena correspondencia entre las concentraciones introducidas y las registradas por los sensores.
La tecnología está concebida para detectar cantidades muy pequeñas de contaminantes, una capacidad esencial porque los límites regulatorios de determinados PFAS se expresan en nanogramos por litro.
Como referencia, Japón utiliza un valor de 50 nanogramos por litro para la suma de PFOA y PFOS en el agua potable.
Sin embargo, conviene distinguir entre detectar una sustancia y demostrar que el agua cumple todos los requisitos sanitarios: el prototipo se ha evaluado para dos compuestos específicos y no constituye todavía un sistema integral de certificación de potabilidad.
Una plataforma que podría adaptarse a miles de contaminantes
La posibilidad de modificar el material de reconocimiento molecular es otra de las características relevantes del proyecto.
Los investigadores explican que su método de fabricación es modular. Esto significa que pueden utilizar diferentes moléculas como plantilla para preparar materiales capaces de reconocer otros integrantes de la familia PFAS.
No implica que un único sensor pueda detectar automáticamente los más de 10.000 compuestos conocidos.
Cada nueva aplicación necesitaría desarrollar y validar el material correspondiente, comprobar su sensibilidad y evaluar posibles interferencias con otras sustancias presentes en el agua.
Aun así, disponer de una plataforma electroquímica común podría facilitar el desarrollo de una familia de sensores específicos, sin necesidad de diseñar un instrumento completamente diferente para cada contaminante.
¿Podría utilizarse algún día para analizar el agua de casa?
Una de las aplicaciones más interesantes sería facilitar el acceso a las mediciones ambientales fuera de los centros especializados.
Las administraciones locales podrían utilizar dispositivos similares para identificar puntos que necesitan una investigación más detallada.
También podrían resultar útiles para controlar zonas próximas a instalaciones industriales, supervisar fuentes de abastecimiento o evaluar la eficacia de determinados tratamientos de filtración.
A más largo plazo, los investigadores contemplan incluso la posibilidad de que las familias puedan realizar comprobaciones orientativas del agua que consumen.
Por ejemplo, un sistema accesible podría ayudar a detectar posibles problemas y decidir cuándo solicitar un análisis profesional o estudiar la instalación de un filtro adecuado.
Sin embargo, el dispositivo sigue siendo un prototipo experimental y todavía necesita validación en condiciones reales.
Entre los aspectos pendientes se encuentran comprobar su comportamiento con diferentes composiciones de agua, evaluar las interferencias, garantizar resultados reproducibles y establecer procedimientos de calibración y control de calidad.
Además, detectar PFAS no significa eliminarlos: el sensor sirve para identificar la contaminación, mientras que su tratamiento requiere tecnologías específicas.
Hacia un control del agua más accesible y descentralizado
La principal aportación de esta investigación no consiste únicamente en reducir el tamaño de un instrumento analítico.
Su interés reside en combinar materiales de reconocimiento molecular, electrodos fabricados mediante técnicas sencillas y dispositivos electrónicos portátiles para acercar la detección de contaminantes al lugar donde se encuentran.
En un contexto en el que la contaminación por PFAS afecta a recursos hídricos de numerosos países, aumentar la frecuencia y la cobertura de las mediciones podría ayudar a identificar antes determinados problemas ambientales.
Si las siguientes fases de desarrollo confirman su fiabilidad y permiten fabricar los sensores a un coste competitivo, esta tecnología podría convertirse en una herramienta complementaria para administraciones, técnicos ambientales y comunidades.
La posibilidad de analizar el agua directamente sobre el terreno, sin esperar a que una muestra viaje hasta un laboratorio, representa un avance prometedor hacia una vigilancia ambiental más rápida y accesible.
Vía Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa
Más información: NanoMIP-embedded metal-phenolic networks as an advanced electrochemical platform for the ultrasensitive detection of PFOA and PFOS in water
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