Un equipo de investigadores de universidades de Escocia, Portugal y Alemania ha desarrollado un sensor que puede ayudar a detectar la presencia de pesticidas en concentraciones muy bajas en muestras de agua.
Su trabajo, descrito en un nuevo artículo publicado hoy en la revista Polymer Materials and Engineering, podría hacer que el monitoreo del agua sea más rápido, más fácil y más barato.
Los pesticidas se utilizan ampliamente en la agricultura mundial para prevenir la pérdida de cultivos. Sin embargo, es necesario tener precaución, ya que incluso pequeñas filtraciones al suelo, las aguas subterráneas o el agua de mar pueden causar daños a la salud humana, animal y ambiental.
El monitoreo ambiental regular es esencial para minimizar la contaminación del agua y así poder tomar medidas inmediatas cuando se detecten pesticidas en muestras de agua. Actualmente, las pruebas de pesticidas se realizan generalmente en laboratorio mediante métodos como la cromatografía y la espectrometría de masas.
Si bien estas pruebas proporcionan resultados fiables y precisos, su realización puede requerir mucho tiempo y ser costosa. Una alternativa prometedora es una herramienta de análisis químico denominada Dispersión Raman Mejorada por Superficie (SERS).
Cuando la luz incide en una molécula, se dispersa a diferentes frecuencias según su estructura molecular. SERS permite a los científicos detectar e identificar la cantidad de moléculas residuales en una muestra de prueba adsorbidas en una superficie metálica mediante el análisis de la huella dactilar única de la luz dispersada por las moléculas.
Este efecto se puede mejorar modificando la superficie del metal para que pueda adsorber moléculas, mejorando así la capacidad del sensor para detectar bajas concentraciones de moléculas en la muestra.
El equipo de investigación se propuso desarrollar un método de prueba nuevo y más portátil que pudiera adsorber moléculas en muestras de agua utilizando los materiales impresos en 3D disponibles y proporcionar resultados iniciales precisos en el campo.
Para ello, estudiaron diversos tipos de estructuras celulares fabricadas con una mezcla de polipropileno y nanotubos de carbono multipared. Los edificios se crearon mediante filamentos fundidos, un tipo común de impresión 3D.
Utilizando técnicas tradicionales de química húmeda, se depositan nanopartículas de plata y oro en la superficie de la estructura celular para permitir un proceso de dispersión Raman mejorado en la superficie.
Probaron la capacidad de varias estructuras diferentes de material celular impreso en 3D para absorber y adsorber moléculas del colorante orgánico azul de metileno y luego las analizaron utilizando un espectrómetro Raman portátil.
Los materiales que obtuvieron el mejor rendimiento en las pruebas iniciales (diseños reticulares [estructuras celulares periódicas] unidas a nanopartículas de plata) se añadieron a la tira reactiva. Se añadieron pequeñas cantidades de insecticidas reales (Siram y paraquat) a muestras de agua de mar y agua dulce, y se colocaron en tiras reactivas para su análisis SERS.
El agua se extrae de la desembocadura del río en Aveiro (Portugal) y de grifos de la misma zona, que se analizan periódicamente para controlar eficazmente la contaminación del agua.
Los investigadores descubrieron que las tiras podían detectar dos moléculas de pesticida en concentraciones tan bajas como 1 micromol, lo que equivale a una molécula de pesticida por millón de moléculas de agua.
El profesor Shanmugam Kumar, de la Escuela de Ingeniería James Watt de la Universidad de Glasgow, es uno de los autores del artículo. Este trabajo se basa en su investigación sobre el uso de la tecnología de impresión 3D para crear redes estructurales de nanoingeniería con propiedades únicas.
“Los resultados de este estudio preliminar son muy alentadores y demuestran que estos materiales de bajo costo pueden utilizarse para producir sensores para que SERS detecte pesticidas, incluso en concentraciones muy bajas”.
La Dra. Sara Fateixa, del Instituto de Materiales CICECO Aveiro de la Universidad de Aveiro, coautora del artículo, ha desarrollado nanopartículas de plasma que respaldan la tecnología SERS. Si bien este artículo examina la capacidad del sistema para detectar tipos específicos de contaminantes del agua, la tecnología podría aplicarse fácilmente para monitorizar la presencia de contaminantes en el agua.
Hora de publicación: 24 de enero de 2024