Bakú, 21 de agosto, AZERTAC

Unos investigadores han desarrollado el "óxido inteligente", unas nanopartículas de óxido de hierro que limpian el agua atrayendo contaminantes como el petróleo, los nano y microplásticos, el glifosato e incluso las hormonas de estrógeno, informa AZERTAC según SciTechDaily.

Verter motas de óxido en el agua suele ensuciarla más. Sin embargo, un innovador avance de los investigadores ha llevado a la creación del "óxido inteligente", un tipo de nanopartícula de óxido de hierro que puede purificar el agua. Este óxido inteligente tiene la capacidad única de atraer diversos contaminantes, como petróleo, nano y microplásticos, y el herbicida glifosato, dependiendo del recubrimiento de las partículas. Lo que lo hace aún más eficaz es su naturaleza magnética, que permite extraerlo fácilmente del agua mediante un imán, llevándose consigo los contaminantes. Recientemente, el equipo ha optimizado estas partículas para capturar hormonas de estrógeno, que pueden ser perjudiciales para la vida acuática.

Los investigadores presentaron sus resultados en la reunión de otoño de la American Chemical Society (ACS). ACS Fall 2023 es una reunión en la que se presentan unas 12 mil ponencias sobre una amplia gama de temas científicos.

El agua de nuestros océanos, lagos y ríos puede contaminarse con diversos agentes contaminantes, lo que hace necesario un método de limpieza sencillo y barato. Un equipo de investigadores está diseñando nanopartículas magnéticas capaces de atacar contaminantes específicos, como las hormonas de estrógeno, que las aguas residuales transportan a las vías fluviales y pueden ser perjudiciales para la vida acuática. Las partículas están hechas de óxido de hierro, que la mayoría conocemos como óxido, y los investigadores pueden modificar su superficie para que se adhieran a diversos contaminantes. A continuación, un imán puede extraer las partículas del agua, junto con los contaminantes adheridos a ellas. Crédito: American Chemical Society

Nuestro "óxido inteligente" es barato, no tóxico y reciclable", afirma el doctor Marcus Halik, investigador principal del proyecto. "Y hemos demostrado su uso para todo tipo de contaminantes, mostrando el potencial de esta técnica para mejorar drásticamente el tratamiento del agua".

El equipo de Halik lleva muchos años investigando formas ecológicas de eliminar los contaminantes del agua. Los materiales de base que utilizan son nanopartículas de óxido de hierro en forma superparamagnética, lo que significa que son atraídas por imanes, pero no entre sí, por lo que las partículas no se aglutinan.

Para hacerlas "inteligentes", el equipo desarrolló una técnica para adherir moléculas de ácido fosfónico a las esferas nanométricas. "Después de añadir una capa de moléculas a los núcleos de óxido de hierro, parecen pelos que sobresalen de la superficie de las partículas", explica Halik, que trabaja en la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Nuremberg. Luego, cambiando lo que se une al otro lado de los ácidos fosfónicos, los investigadores pueden ajustar las propiedades de las superficies de las nanopartículas para adsorber con fuerza distintos tipos de contaminantes.

Las primeras versiones del óxido inteligente atraparon petróleo crudo del agua recogida en el mar Mediterráneo y glifosato del agua de estanque recogida cerca de la universidad de los investigadores. Además, el equipo demostró que el óxido inteligente podía eliminar nanoplásticos y microplásticos añadidos a muestras de agua de laboratorio y de río.

Hasta ahora, el equipo se había centrado en contaminantes presentes sobre todo en grandes cantidades. Lukas Müller, un estudiante de posgrado que presenta un nuevo trabajo en la reunión, quería saber si podía modificar las nanopartículas de óxido para atraer contaminantes traza, como las hormonas. Cuando se excretan algunas hormonas de nuestro cuerpo, se vierten en las aguas residuales y acaban entrando en los cursos de agua. Los estrógenos naturales y sintéticos son uno de estos grupos de hormonas, y las principales fuentes de estos contaminantes son los residuos humanos y ganaderos. Las cantidades de estrógenos son muy bajas en el medio ambiente, afirma Müller, por lo que son difíciles de eliminar. Sin embargo, se ha demostrado que incluso estos niveles afectan al metabolismo y la reproducción de algunas plantas y animales, aunque no se conocen del todo los efectos de niveles bajos de estos compuestos en humanos durante periodos prolongados.

"Empecé con el estrógeno más común, el estradiol, y luego con otros cuatro derivados que comparten estructuras moleculares similares", explica Müller. Las moléculas de estrógeno tienen un cuerpo esteroide voluminoso y partes con ligeras cargas negativas. Para aprovechar ambas características, recubrió nanopartículas de óxido de hierro con dos conjuntos de compuestos: uno largo y otro con carga positiva. Las dos moléculas se organizaron en la superficie de las nanopartículas y, según la hipótesis de los investigadores, juntas forman miles de millones de "bolsas" que atraen el estradiol y lo atrapan en su lugar.

Dado que estas bolsas son invisibles a simple vista, Müller ha estado utilizando instrumentos de alta tecnología para verificar la existencia de estas bolsas que atrapan estrógenos. Los resultados preliminares muestran una extracción eficaz de las hormonas a partir de muestras de laboratorio, pero los investigadores necesitan recurrir a experimentos adicionales de espectroscopia de resonancia magnética nuclear en estado sólido y dispersión de neutrones de ángulo pequeño para verificar la hipótesis de los bolsillos. "Estamos intentando utilizar diferentes piezas del rompecabezas para comprender cómo se ensamblan realmente las moléculas en la superficie de las nanopartículas", explica Müller.

De cara al futuro, el equipo pretende probar estas partículas en muestras de agua del mundo real y determinar el número de veces que pueden reutilizarse. Dado que cada nanopartícula tiene una gran superficie con muchas cavidades, los investigadores afirman que deberían poder eliminar los estrógenos de múltiples muestras de agua, reduciendo así el coste por limpieza. "Al reciclar repetidamente estas partículas, el impacto material de este método de tratamiento del agua podría llegar a ser muy pequeño", concluye Halik.