En pocos años el agua potable será el recurso natural más importante y preciado del mundo. Por esta razón la comunidad científica viene otorgando un espacio cada vez más importante a los estudios que puedan brindar soluciones a la contaminación de las fuentes fluviales y de uso cotidiano del recurso. En la ciudad de La Plata un grupo de investigadoras e investigadores, integrado por doctores, ingenieros y becarias del Centro de Investigaciones Ópticas (CIOp) dependiente de la CIC, CONICET y la UNLP está llevando adelante un proyecto titulado: “Aplicación de nanomateriales metálicos en el desarrollo de sensores para contaminantes ambientales”.
El inicio de esta línea de investigación fue en la convocatoria de Ideas-Proyecto 2020 en una iniciativa que estudiaba la reacción de sensores de fibra cuando se adherían nanopartículas. El proyecto actual es una continuación directa en la cual se busca mejorar la etapa de sensado. Al igual que el anterior, este proyecto forma parte de la convocatoria “Ideas Proyecto 2021”, impulsada y financiada por la CIC.
“Lo que buscamos en principio con el proyecto es ver si el sistema que desarrollamos llega a sensar en aguas artificiales, es decir agua destilada con los contaminantes incorporados”, cuenta Pedro David Gara, investigador independiente de la CIC, doctor de la Facultad de Ciencias Exactas de la UNLP y uno de los titulares del proyecto, quien agrega que “la idea es generar finalmente sensores capaces de ser utilizados en aguas naturales”. “Una vez que tenemos el sistema artificial armado y sabemos cuánto y cómo se modifica la señal, evaluamos si el sistema es capaz de sensar el contaminante. De esta forma tratamos de simular lo más posible los entornos naturales donde se encuentran los contaminantes emergentes en las aguas”.
Para esta iniciativa se conjugaron varios proyectos de investigación del CIOp, integrados por el mismo equipo científico y de financiación diversa entre CONICET, CIC y UNLP. Los integrantes del mismo son: las y los doctores Pedro David Gara, Valeria Arce, Nelida Russo y Cristian Villa Pérez; los ingenieros Diego Alustiza, Daniel Aredes, Marcos Mineo; la becaria doctoral Emilia Serrano.
Los contaminantes emergentes y su detección mediante el uso de sensores de luz
Diariamente se arrojan a las cloacas productos de higiene personal, residuos de la industria farmacéutica, desechos de hospitales y medicamentos terapéuticos que terminan en las napas de agua. Según explican los investigadores del CIOp, estos residuos, conocidos técnicamente como Contaminantes Emergentes (CE), pueden dañar los componentes bióticos del medio ambiente y la salud de las personas que habitan la zona.
“Los contaminantes están presentes en bajas concentraciones en aguas, pero igualmente tienen efectos adversos en la salud por tratarse de fármacos. Estamos hablando de agua que puede llegar a tener efectos biológicos”, remarca Valeria Arce, Investigadora de la CIC, doctora en Química y una de las personas que lleva adelante el proyecto. En ese sentido, este grupo de investigación apuesta a la detección rápida y fácil de residuos farmacéuticos que ayude a diferenciar entre agua contaminada y no contaminada, tanto en suelo a nivel superficial como en napas.
En soluciones acuosas (agua de laboratorios) los contaminantes emergentes tales como ibuprofeno, diclofenac y atenolol son pasibles de detectar por sensores basados en nanomateriales de elementos químicos metálicos (puntualmente Ag-plata- y Au-oro-) sobre fibra óptica, que son los que el equipo de investigación del CIOp está trabajando en su desarrollo y mejoramiento.
¿Cómo funcionan estos sensores de fibra óptica? “Nuestros sistemas utilizan luz para generar una alteración y ver un cambio en la respuesta. En todos los proyectos que estamos trabajando ese es el objetivo”, explica de manera sintética Pedro David Gara. “Trabajamos mucho con la interacción entre la nanopartícula que aumenta la señal de la luz, es decir, aumenta la respuesta y el contaminante la cambia”.
Los científicos bonaerenses explican que el sensor en redes de fibra óptica que desarrollan en el grupo dependiente de la CIC, CONICET y UNLP es sólo uno de los tantos que se pueden utilizar. “En el caso de este sensor nos valemos por un lado el corrimiento de la señal por la presencia del contaminante, y por otro lado la nanopartícula que nos permite aumentar la sensibilidad del sensor”, apunta David Gara sobre el funcionamiento de los sensores que producen que el agua cambie de color.
Cuando la luz es guiada a través de dichas redes de fibra óptica se observa un comportamiento espectral (es decir, de cambios en lo que refleja la luz) altamente dependiente de parámetros como temperatura y deformación mecánica (es decir, cambios en las formas de cuerpos). “Concretamente, en esta Idea-proyecto pretendemos proseguir con las tareas que iniciamos hace dos años y que nos permitan obtener prototipos de sensores basados en nanomateriales de Ag soportados (es decir, portadores de elemento químico Ag-plata) sobre fibra óptica” explican las y los científicos del CIOp.
Las proyecciones y la importancia para las aguas de la provincia
En estos momentos la investigación se encuentra en la etapa de resultados preliminares. “Hoy nos encontramos en la etapa de mejoramiento del sensado, en la que buscamos detectar los contaminantes mediante las nanopartículas. Una vez que se corrobore que responde correctamente, la idea es ir mejorando el sistema”, explica David Gara sobre la etapa del proyecto.
Los experimentos que lleva adelante el CIOp se están realizando con agua destilada y en laboratorio, ya que lo que se busca es perfeccionar los sensores. La proyección de la investigación es poder hacer ensayos con “aguas reales”, es decir, agua de uso corriente y cotidiano en territorios de la provincia. “Las primeras etapas necesitan mucho desarrollo previo para optimizar qué se va a medir, las cantidades, los tiempos, el material que se va a usar, cómo se van a medir”, explica Valeria Arce y agrega: “Después, a partir de analizar todos esos resultados, se ve cómo se va a poder hacer en aguas reales, y desde ahí eso lleva mucho tiempo”.
Según las y los investigadores del CIOp, este tipo de investigaciones elevan la capacidad científica de la provincia en materia de cuidado ambiental. “Esto sentaría bases para el desarrollo y la detección de contaminantes emergentes, para los que en principio no hay demasiados estudios. En un futuro se podrían detectar los contaminantes emergentes en aguas naturales de la provincia”, destaca la doctora en Química e investigadora de la CIC, Valeria Arce. “En arroyos y ríos de la provincia hay mucho descarte y residuos hogareños, hay muchos contaminantes en las casas que terminan en el sistema de cloacas o las napas. Esto afecta a la población de la provincia que hoy utiliza mucho el agua de pozo para uso hogareño (para beber o para higiene) o para riego de agricultura (lo cual termina contaminando la producción agrícola que se riega)”.
Por Juan Vera Visotsky