Investigadores de la Universidad de São Paulo (USP) desarrollaron un nuevo enfoque nanotecnológico para eliminar micro y nanoplásticos del agua. Los resultados de la investigación, apoyada por la FAPESP, fueron publicados en la revista Micron .
Como destacan los autores, los microplásticos se han vuelto omnipresentes en el mundo contemporáneo. Y, tras la emergencia climática y la extinción acelerada de especies y ecosistemas, constituyen, quizás, uno de los problemas ambientales más importantes en la actualidad. Se encuentran en la tierra, en el agua, en el aire y dentro de los cuerpos de animales y humanos. Procedentes de productos de consumo cotidiano y del desgaste de materiales más grandes, se han encontrado en todas partes, en los entornos más diversos. Una fuente importante es el lavado de ropa hecha de fibras sintéticas: junto con la suciedad en las aguas residuales, los microplásticos llegarán al suelo, a las aguas subterráneas, a los ríos y, finalmente, al océano y a la atmósfera.
Mil veces más pequeños que un milímetro
Definidos como fragmentos de hasta 1 milímetro, los microplásticos en sí mismos son un problema bien identificado y visible. Sin embargo, los nanoplásticos, mil veces más pequeños, están demostrando ser una amenaza aún más insidiosa. Porque pueden atravesar importantes barreras biológicas y llegar a órganos vitales. Un estudio reciente , por ejemplo, detectó su presencia en el cerebro humano.
“Estas partículas son invisibles a simple vista e indetectables con los microscopios convencionales, lo que las hace aún más difíciles de identificar y eliminar de los sistemas hídricos”, dice el investigador Henrique Eisi Toma , profesor del Instituto de Química (IQ-USP) y coordinador del trabajar.
El procedimiento desarrollado en la USP utiliza nanopartículas magnéticas funcionalizadas con polidopamina, un polímero derivado de la dopamina, un neurotransmisor presente en el cuerpo humano. Estas nanopartículas tienen la capacidad de unirse a micro y nanoplásticos, lo que permite eliminarlos del agua mediante la aplicación de un campo magnético.
“La polidopamina es una sustancia que imita las propiedades adhesivas de los moluscos marinos, capaz de adherirse a las superficies de forma extremadamente resistente. Al adherirse firmemente a los fragmentos de plástico presentes en el agua, permite que las nanopartículas magnéticas los capturen. Y con la ayuda de un imán, este material indeseable se puede eliminar del líquido”, explica Toma.
Método eficaz
El proceso ya ha demostrado ser eficaz para eliminar micro y nanoplásticos del agua, especialmente en los sistemas de tratamiento. Sin embargo, además de eliminar las partículas, el grupo de investigadores se centra en su degradación. Para ello, utiliza enzimas específicas, como la lipasa, que pueden degradar el plástico PET hasta sus componentes básicos. Con la aplicación de enzimas, el plástico se descompone en moléculas más pequeñas, que pueden reutilizarse en la producción de nuevos materiales plásticos. “Nuestro objetivo no es sólo eliminar los plásticos del agua, sino también contribuir a su reciclaje de forma sostenible”, afirma el científico.
El PET, tereftalato de polietileno, utilizado como materia prima para botellas de plástico y otros artículos, es un polímero altamente contaminante, cuya degradación genera ácido tereftálico [C6H4(COOH)2] y etilenglicol [C2H4(OH)2], ambos tóxicos. “La lipasa lo descompone en formas iniciales, que pueden reutilizarse en la síntesis de nuevos PET. Nuestro estudio se centró en el PET, pero otros investigadores pueden añadir enzimas específicas para procesar diferentes plásticos, como poliamidas, nailon, etc.”, destaca Toma.
En el estudio actual, se sintetizaron nanopartículas magnéticas de óxido de hierro (II, III) [Fe₃O₄] mediante coprecipitación. Y, posteriormente, se recubre con polidopamina (PDA), mediante oxidación parcial de la dopamina en una solución ligeramente alcalina, formando Fe₃O₄@PDA. Sobre este sustrato se inmovilizó la enzima lipasa. Se utilizó microscopía Raman hiperespectral para monitorear, en tiempo real, el proceso de secuestro y degradación de microplásticos.
La secuencia muestra la captura, eliminación y obtención de imágenes de contaminantes ( crédito: Henrique Eisi Toma )
Problema complejo
La palabra “plástico” se aplica a una amplia gama de materiales sintéticos o semisintéticos compuestos de polímeros, la mayoría de las veces derivados de combustibles fósiles. Su maleabilidad, flexibilidad, ligereza, durabilidad y bajo coste los han hecho presentes en innumerables productos utilizados en la vida cotidiana. La preocupación por los residuos que genera este uso superintensivo llevó a la búsqueda de alternativas. Uno de ellos son los llamados bioplásticos. En lugar de producirse a partir de materias primas petroquímicas no renovables, los bioplásticos se derivan de fuentes renovables y biodegradables.
“La idea es buena. El problema es que, antes de degradarse por completo, los bioplásticos también se fragmentan, formando micro y nanobioplásticos. Y estos materiales, por ser biocompatibles, son aún más insidiosos, porque pueden interactuar más directamente con nuestros organismos, desencadenando reacciones biológicas”, advierte Toma.
Otra información muy preocupante que transmite el investigador es que el agua mineral embotellada puede estar incluso más contaminada por bioplásticos que el agua tratada que llega al grifo. “Esto se debe a que esta agua tratada pasa por procesos de filtración, coagulación y flotación, que eliminan gran parte de los residuos. El agua mineral, que es mejor en varios aspectos, como ligereza, riqueza en sales, sabor, etc., no recibe este mismo tipo de tratamiento, porque así se destruirían sus propiedades. Por tanto, si el ambiente en el que se recoge está contaminado por bioplásticos, estas partículas llegarán al consumidor final”, afirma.
Como puede verse, el desafío es grande y las respuestas no son obvias. La nanotecnología que ahora presentan Toma y sus colaboradores ofrece una solución prometedora a un problema que apenas comienza a comprenderse en toda su extensión. El científico anima a otros investigadores a seguir adelante en la búsqueda de soluciones. Y, aún más, llama a los gestores públicos a tomar en serio el tema.
Se puede acceder al artículo Monitoreo directo del secuestro y degradación enzimática de microplásticos PET mediante microscopía Raman hiperespectral en: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0968432824001392?via%3Dihub .
Nota de José Tadeu Arantes para Agência FAPESP.
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