Un nuevo sensor detecta sustancias químicas dañinas en el agua potable

Un sensor que detecta pequeñas cantidades de sustancias perfluoroalquilos y polifluoroalquilos (PFAS), es decir, sustancias químicas que se encuentran en envases de alimentos, utensilios de cocina antiadherentes y muchos otros productos de consumo. Son compuestos que, pese a estar autorizados en muchos casos, presentan riesgos para la salud humana. Este dispositivo ha sido desarrollado por un grupo de químicos del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts, en Estados Unidos), cuyo trabajo aparece esta semana en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

Químicos permanentes

Tal y como describe el trabajo, 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 bajos como 200 partes por billón en una muestra de agua. El dispositivo que diseñaron podría ofrecer una forma para 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", expone un profesor de química John D. MacArthur en el MIT y autor principal del estudio, Timothy Swager. Otros autores del artículo son el expostdoctorado del MIT y autor principal, Sohyun Park, y la estudiante graduada del MIT, Collette Gordon.

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.

Una forma más económica y rápida para determinar si el agua es 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 agregan 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, reduciendo la resistencia eléctrica del material.

Dos de los PFAS más dañinos

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. 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 EPA, pero el sensor usa solamente 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. Puedes imaginarte poniendo un litro de agua, dejándolo pasar a través de la membrana, y tienes un dispositivo que mide el cambio en la resistencia de la membrana", afirma Swager.

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 productos químicos PFAS, para que puedan probar si el agua utilizada en su proceso de fabricación es segura para liberarse al medio ambiente.