Carga pesada contra los gérmenes del agua
Nuevos sistemas de filtrado con materiales compuestos
Eliminar los agentes patógenos del agua potable es especialmente difícil cuando los gérmenes son demasiado pequeños para ser captados por los filtros convencionales. Los investigadores de Empa y Eawag están desarrollando nuevos materiales y procesos para liberar el agua de microorganismos patógenos como los virus
Los gránulos cerámicos de óxido de aluminio se recubrieron con una capa nanométrica de óxido de cobre, como se muestra aquí con un aumento de 5.000 veces (microscopía electrónica, en color).
Sena Yüzbasi, Empa
El agua es vida, nos enseña la biología. La realidad nos enseña algo diferente: El agua contaminada con patógenos causa cientos de miles de muertes cada año en lugares donde no hay tratamiento del agua o éste funciona mal. Para acabar con esto, la disponibilidad de agua limpia para toda la humanidad está incluida desde 2015 en la Agenda Global de Sostenibilidad de la Organización de las Naciones Unidas (ONU). De acuerdo con este objetivo, los investigadores de Empa, en colaboración con sus colegas de Eawag, están desarrollando nuevos materiales y tecnologías para eliminar los patógenos del agua potable, que hasta ahora apenas podían eliminarse con medidas convencionales, o solo con procesos caros y complejos.
Patógenos diminutos
Los investigadores apuntan a los gérmenes más pequeños: Diminutos patógenos que -a diferencia del coronavirus Sars-Cov-2 que circula actualmente- se propagan a través del agua contaminada y que, por tanto, causan diversas enfermedades transmitidas por el agua, como la poliomielitis, la diarrea y la hepatitis. Entre estos patógenos se encuentra el rotavirus, que sólo tiene un tamaño de unos 70 nanómetros.
"Los filtros de agua convencionales son ineficaces contra los rotavirus", explica el investigador de Empa Thomas Graule, del laboratorio de Cerámica de Alto Rendimiento de Empa en Dübendorf. Sin embargo, son precisamente estos minúsculos gérmenes los que se encuentran entre los patógenos más comunes que causan infecciones gastrointestinales. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), en 2016 murieron alrededor de 130.000 niños en todo el mundo por infecciones de rotavirus. Ahora, los investigadores han desarrollado estrategias de tecnologías de filtración basadas en nuevos materiales que sortean de forma inteligente el problema de la minuciosidad. Esto se debe a que una propiedad de las partículas del virus puede utilizarse para un nuevo tipo de filtro: la carga eléctrica negativa de las partículas del virus.
Basándose en esta idea, los investigadores empezaron a desarrollar materiales adecuados que permitan la adsorción de superficies de virus con carga negativa. Hasta ahora, ha sido difícil crear superficies con carga positiva fácilmente regenerables y con gran capacidad de adsorción, y los estudios experimentales sistemáticos han sido escasos. Por ello, los investigadores eligieron un virus modelo aún más pequeño que el rotavirus: el bacteriófago MS2, que sólo mide 27 nanómetros, un virus que ataca a las bacterias pero es inofensivo para los humanos. Utilizando este virus modelo, los científicos pudieron demostrar que los virus presentes en el agua se adsorben a la superficie del filtro en distintos grados según el pH del agua. "Esto debe tenerse en cuenta a la hora de desarrollar nuevas tecnologías de tratamiento y filtrado del agua", afirma Graule.
Nanorrevestimiento poroso
Para desarrollar tecnologías de filtrado que puedan capturar los virus a escala nanométrica, Graule se centra en materiales compuestos funcionalizados de forma que se unan específicamente a los virus. "En el agua, la superficie de las partículas de virus está cargada negativamente. Hemos podido demostrar cómo las partículas de virus se adhieren a superficies cargadas positivamente", explica. Por ejemplo, el investigador trabaja en un equipo internacional con gránulos de cerámica de óxido de aluminio, cuyos finos gránulos están recubiertos con capas nanométricas de óxido de cobre. "Junto con la cerámica, la capa de cobre altamente porosa forma un material compuesto con una superficie específica cargada positivamente e inmensamente grande", dice Graule. Los investigadores también lograron recubrir diminutos nanotubos de carbono de varias capas con óxido de cobre, lo que permite eliminar los virus.
Para desarrollar una tecnología de filtrado rentable y sostenible, los investigadores utilizan específicamente materiales que puedan recuperarse tras su uso en el sentido de un ciclo cerrado de materiales. También es importante que ningún componente del filtro sea arrastrado al agua purificada. Para ello, todavía hay que desarrollar métodos analíticos de nanoseguridad para poder determinar el material compuesto más adecuado. Se espera que al final del proyecto se disponga de una tecnología de filtrado que también sea adecuada para el tratamiento del agua en los países en vías de desarrollo, con un número especialmente elevado de rotavirus y otras enfermedades transmitidas por el agua.
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