Científicos de Columbia, City College y FAU desarrollan nuevas tecnologías para detectar y eliminar los contaminantes per- y polifluoroalquilos del agua potable. Las innovaciones combinan levadura modificada con inteligencia artificial y nanopartículas magnéticas de óxido de hierro para purificar el suministro municipal.
Los compuestos per- y polifluoroalquilos, conocidos popularmente como químicos eternos o PFAS, están presentes en más del 90% de la población estadounidense. Se acumulan en el medio ambiente debido a su extrema durabilidad. Estos materiales sintéticos se emplean en productos de consumo para repeler el agua, la grasa, las manchas y el calor. Su lenta descomposición provoca que persistan durante décadas. En los últimos veinte años, la exposición a estos contaminantes se ha asociado con diversos problemas de salud. Entre ellos figuran ciertos tipos de cáncer, retrasos en el desarrollo y problemas de conducta en la infancia, menor fertilidad, respuestas inmunitarias debilitadas y obesidad. La mayor fuente de exposición para la mayoría de las personas proviene del grifo, ya que casi la mitad de los suministros de agua municipales de Estados Unidos contienen estos elementos, según detalla la investigación de Columbia University sobre la detección mediante levadura e inteligencia artificial.
Diseñan sensores con levadura e inteligencia artificial
Ante las nuevas normas de la Agencia de Protección Ambiental que exigen a los proveedores de agua municipal realizar pruebas frecuentes de PFAS, los métodos tradicionales de detección resultan demasiado costosos. La mayoría de los sistemas públicos dependen de laboratorios comerciales equipados con costosos espectrómetros de masa. Este proceso demora semanas y dificulta la monitorización en tiempo real necesaria para saber cuándo reemplazar los equipos de filtración. Frente a este reto financiero y logístico, un equipo de científicos liderado por la profesora Virginia Cornish en Columbia y City College ha diseñado un dispositivo biohíbrido que simplifica el monitoreo.
El sistema aprovecha la levadura Saccharomyces cerevisiae, la misma especie empleada en la panificación y la cervecería. La transforman en un sensor biológico similar a los perros detectores en aeropuertos. Mediante biología sintética e ingeniería genética, el laboratorio de Cornish diseña receptores proteicos capaces de unirse a sustancias químicas específicas. Estos receptores se conectan a una proteína fluorescente dentro de las células de levadura. Al entrar en contacto con el compuesto buscado, el microorganismo emite un brillo verde cuya intensidad refleja la concentración del contaminante. Con la ayuda de herramientas de inteligencia artificial desarrolladas por el laboratorio de Mohammed AlQuraishi, el ciclo de diseño y prueba se reduce de años a pocas semanas.
Alex Rosenthal, profesor de ingeniería civil en City College, dijo que hay aproximadamente 150.000 sistemas de agua públicos en los Estados Unidos, y el monitoreo de PFAS se está convirtiendo en un costo enorme para ellos.
Para hacer el dispositivo portátil, la levadura modificada se liofiliza y se integra en un material similar al papel indicador de pH. Un chip sensor de circuito integrado de óxido de metal complementario, desarrollado originalmente como interfaz cerebro-computadora en el laboratorio de Ken Shepard, lee la fluorescencia y la traduce en una concentración exacta. Los usuarios pueden sumergir una tira desechable en una muestra de agua y obtener una lectura instantánea y inalámbrica a través de un pequeño lector.
Eliminan contaminantes con nanopartículas magnéticas
Investigadores de la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Núremberg, el hospital universitario Uniklinikum Erlangen y la Oficina Bavaria de Salud y Seguridad Alimentaria han desarrollado un procedimiento con nanopartículas magnéticas funcionales, tal como informa Technology Networks sobre la eliminación magnética de PFAS. El proyecto opera bajo la dirección del profesor Marcus Halik. Johannes Voß y Linda Rockmann crearon partículas de óxido de hierro cuyas superficies se adaptan de manera específica para unirse a una amplia gama de compuestos fluorados y microplásticos.
Una vez que los contaminantes se adhieren al óxido de hierro, el conjunto se retira fácilmente del agua utilizando un imán común. El método aborda tanto moléculas individuales como microplásticos fluorados provenientes de la abrasión de ropa funcional o de productos cosméticos. Las pruebas de campo realizadas por el equipo demostraron la eficacia del sistema en entornos reales. Abarcan agua potable contaminada, agua de ríos, agua de lavado procedente de la remediación de suelos y aguas residuales de lavandería textil.
En las pruebas con una fuente de agua potable contaminada, el equipo logró reducir las concentraciones de PFAS en un 87 por ciento, situándose por debajo del límite alemán de 100 nanogramos por litro. Algunas de las nanopartículas empleadas pueden regenerarse y reutilizarse múltiples veces tras la separación magnética.
Prof. Dr. Marcus Halik, director de la Cátedra de Materiales Poliméricos en FAU, señaló que su tecnología cierra la brecha entre los contaminantes moleculares y las partículas microscópicas y subraya el potencial de las nanopartículas de óxido de hierro funcionalizadas como una plataforma versátil y sostenible para el tratamiento de agua.
Compuestos perfluoroalquilos persisten en la mayoría de estadounidenses
Los compuestos per- y polifluoroalquilos persisten en más del 90% de la población de Estados Unidos.
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