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 la monitorización del agua sea más rápida, más fácil y más económica.
Los plaguicidas se utilizan ampliamente en la agricultura a nivel mundial para prevenir pérdidas de cosechas. Sin embargo, es fundamental extremar las precauciones, ya que incluso pequeñas fugas en el suelo, las aguas subterráneas o el agua de mar pueden perjudicar la salud humana, animal y ambiental.
El monitoreo ambiental regular es esencial para minimizar la contaminación del agua y poder actuar con prontitud cuando se detectan plaguicidas en las muestras. Actualmente, las pruebas de plaguicidas se realizan generalmente en laboratorio mediante métodos como la cromatografía y la espectrometría de masas.
Si bien estas pruebas proporcionan resultados fiables y precisos, pueden ser laboriosas y costosas. Una alternativa prometedora es una herramienta de análisis químico denominada espectroscopia Raman intensificada por superficie (SERS).
Cuando la luz incide sobre una molécula, se dispersa a diferentes frecuencias según su estructura molecular. La espectroscopia Raman intensificada por superficie (SERS) permite a los científicos detectar e identificar la cantidad de moléculas residuales adsorbidas en una superficie metálica de una muestra, analizando la huella dactilar única de la luz dispersada por las moléculas.
Este efecto puede potenciarse modificando la superficie metálica 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 nuevo método de prueba más portátil que pudiera adsorber moléculas en muestras de agua utilizando materiales impresos en 3D disponibles y proporcionar resultados iniciales precisos sobre el terreno.
Para ello, estudiaron varios tipos diferentes de estructuras celulares hechas de una mezcla de polipropileno y nanotubos de carbono de paredes múltiples. Las estructuras se crearon utilizando filamentos fundidos, un tipo común de impresión 3D.
Mediante técnicas químicas húmedas tradicionales, se depositan nanopartículas de plata y oro sobre la superficie de la estructura celular para permitir un proceso de dispersión Raman intensificada en la superficie.
Probaron la capacidad de varias estructuras de material celular impresas 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 mejor se comportaron en las pruebas iniciales —estructuras reticulares (estructuras celulares periódicas) unidas a nanopartículas de plata— se añadieron a la tira reactiva. Se agregaron 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 toma de la desembocadura del río en Aveiro, Portugal, y de grifos en la misma zona, que se analizan periódicamente para controlar eficazmente la contaminación del agua.
Los investigadores descubrieron que las tiras reactivas eran capaces de detectar dos moléculas de pesticida en concentraciones tan bajas como 1 micromol, lo que equivale a una molécula de pesticida por cada 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 estructuras reticulares nanoestructuradas 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 SERS para detectar pesticidas, incluso en concentraciones muy bajas.”
La Dra. Sara Fateixa, del Instituto de Materiales CICECO Aveiro de la Universidad de Aveiro y coautora del artículo, ha desarrollado nanopartículas de plasma compatibles con la tecnología SERS. Si bien este artículo analiza la capacidad del sistema para detectar tipos específicos de contaminantes en el agua, la tecnología podría aplicarse fácilmente para monitorizar la presencia de dichos contaminantes.
Fecha de publicación: 24 de enero de 2024