Ciencia y Tecnología

Diseñan sensor para detectar aguas contaminadas con mercurio

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Viernes, 05 Octubre 2018
Agencia de Noticias Univalle

La contaminación con mercurio, producto de la minería ilegal, de ríos, arroyos, riachuelos, e incluso en el mar, en gran parte de Colombia, no es un secreto.

A cada momento crece la preocupación, ya generalizada, por la contaminación de corrientes de agua, pero parecería que lo que se hace al respecto, por parte del Estado, no mengua el problema.

Académicos y autoridades locales ya lanzaron una voz de alerta sobre este asunto pero no es mucho lo que se ha logrado y el problema sigue como el agua misma de los ríos.

Como un aporte a la solución de este problema investigadores del grupo Bionovo de la Universidad del Valle, junto al Instituto Central de Investigación y Desarrollo en Metalurgia de El Cairo, Egipto y la Universidad de la Florida en USA, desarrollaron un nanosensor para detectar mercurio en el agua.

La historia de este dispositivo se inicia con una preocupación del Instituto Central de Investigación y Desarrollo en Metalurgia de El Cairo, el más grande de Egipto en esa área de investigación, que desde su fundación misma busca qué hacer con los desechos eléctricos y electrónicos.

Solo el 12,5% de los desechos electrónicos que se producen en el mundo se reciclan, el resto que equivale alrededor de 50 millones de toneladas métricas por año, es lo que termina en vertederos o contaminando en cualquier otro lugar.

Uno de estos residuos con los que trabaja el equipo egipcio son los cables eléctricos, por ello consultaron al Grupo de investigación Bionovo, experto en desarrollos tecnológicos para contextos de vulnerabilidad socio-ambiental, sobre las posibilidades de aplicación de nanoparticulas de cobre para la detección de contaminantes ambientales.

Bionovo, liderado por la profesora Diana Carolina Vanegas, quien es egresada y docente de la Escuela de Ingeniería de Alimentos de la Universidad del Valle y Doctora (Ph.D.) en Ingeniería Agrícola y Biológica de la Universidad de La Florida –USA, no tardó en proponer algunas alternativas.

Una de las alternativas es la elaboración de sensores de bajo costo mediados por nanomateriales, especificamente grafeno y nano-oxido de cobre. Las nanoparticulas de oxido de cobre se obtuvieron a partir de cables eléctricos reciclados, los cuales fueron sometidos a un proceso de síntesis verde, conocido por ser un método químico amigable con el medio ambiente. Y precisamente por su tamaño, estos nanomateriales tienen propiedades eléctricas mejores que las de materiales de mayor escala.

Las nanoparticualas de cobre obtenidas tienen tamaños entre 20 a 432 nanómetros, por lo que son invisibles a simple vista, pues un nanómetro es equivalente a la millonésima parte de un milimetro, y el cabello humano que es uno de los objetos más delgados observables por el ojo humano, tiene un grosor aproximado de 0.1 milimetros, es decir 100 mil nanómetros de ancho.

La ventaja, en este caso, es que el nanosensor es de bajo costo pues está hecho con base en partículas obtenidas de cobre reciclado y grafeno, que es una de las formas del carbono, y se puede obtener mediante un método sencillo de grabación por laser sobre cinta kapton. Con estos materiales se construyó un circuito de tres electrodos.

Un primer electrodo de trabajo, modificado con las nonopartículas de cobre detecta las moléculas de mercurio y mejorara su desempeño en la medición.

Un segundo electrodo de referencia, es el que recibe las señales eléctricas y sustrae la señal producida por la reacción química de interés y permite saber con precisión la cantidad de moléculas objetivo, en este caso la cantidad de mercurio presente en el agua.

El tercer electrodo, llamado contador, sirve para controlar el potencial eléctrico durante la medición de corriente, y saber, a ciencia cierta, el nivel de mercurio.

Luego del diseño y elaboración del dispositivo se envió a la Universidad de la Florida que, gracias a la tecnología de punta en sus laboratorios, logró caracterizar detalladamente el desempeño de los dispositivos e incluso comparar su funcionamiento con otros dispositivos análogos construidos con materiales de grado analítico para hacer mediciones de muy alta precisión.

El mercurio

Es el único elemento metálico líquido en condiciones ambientales normales. La intoxicación con mercurio puede resultar de la exposición a las formas solubles en agua, por la inhalación de vapor, o por ingestión en cualquier forma. Este elemento se usa en termómetros, barómetros, manómetros y otros dispositivos, pero la preocupación por la toxicidad ha llevado a ser eliminados en gran medida en entornos clínicos en favor de otras alternativas, como los termómetros de vidrio.

En Colombia la preocupación por la contaminación por mercurio por efectos de la minería ilegal se ha convertido en problema de primer orden. Los grandes ríos como el Magdalena o el Cauca sufren de este problema, pero, además, bahías como la de Buenaventura no están exentas de este inconveniente.

El problema se agrava porque muchos ríos y riachuelos contaminados son usados para el consumo directo por comunidades rurales, pero incluso en acueductos de ciudades como Cali, se han encontrado trazas de contaminación con este elemento.

Justamente el Grupo Bionovo, con la participación de la profesora Irene Vélez, Doctora (Ph.D.) en Geografía Política de la universidad de Copenhagen, recibió la alerta por parte de las comunidades afro donde se estaban presentando personas y animales con síntomas de intoxicación en los alrededores del Río Ovejas en el Departamento del Cauca, donde se han venido estableciendo de manera ilegal mineros foráneos que utilizan mercurio. De ahí la preocupación por ayudar en la solución.

Además de ser un metal pesado el mercurio muta su forma química y ello dificulta su medición; pero además de su alta toxicidad presenta dos características que aumentan su peligrosidad.

La primera es la bioacumulación que implica que después de que se ingiere es muy difícil que salga del cuerpo y la otra característica nociva es la biomagnificación, que implica que cuando ingresa a la cadena alimenticia se va incrementando a medida que se va ascendiendo en los organismos de la cadena trófica. Por ejemplo, si un pez se come varios ya contaminados, entonces consume todo el mercurio que tenían sus presas y cuando un humano ingiere el pez también recibe el metal acumulado.

Una publicación

Como producto de una investigación científica, el artículo sobre el diseño y producción del nanosensor fue publicado por la revista de la Sociedad Americana de Química ACS Sustainable, dedicada a las perspectivas y desafíos relacionados con la sostenibilidad y las aplicaciones de la química y avances de química e ingeniería verde.

La publicación, cuya sede está en Washington –USA, cubre temas relacionados con la química, manufactura e ingeniería verde, biomasa o residuos como recursos, energías alternativas y evaluación de ciclos de vida.

Link del artículo científico: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.8b02510

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