Polímeros inspirados en plantas para purificar el agua
Un equipo de investigación germano-japonés se inspira en la naturaleza para crear un polímero que elimina selectivamente del agua los iones tóxicos de metales pesados
El agua potable limpia es una exigencia básica para nuestra salud y bienestar. Sin embargo, a medida que crece la población mundial, conseguirla para todas las comunidades del mundo se convierte en un reto cada vez mayor.
Ilustración conceptual de este trabajo sobre el sistema bioinspirado de tratamiento de aguas
2024 Nakahata et al., Hyperconfined Bio-Inspired Polymers in Integrative Flow-Through Systems for Highly Selective Removal of Heavy Metal Ions. 2024 Nature Communications
Ahora, en un estudio publicado en Nature Communications, investigadores de la Alianza HeKKSaGOn -en la que participan científicos de la Universidad de Kioto, la Universidad de Osaka y la Universidad de Heidelberg (Alemania)- se han inspirado en una proteína presente en las plantas para crear una nueva forma de eliminar del agua los iones de metales pesados nocivos.
Aunque los métodos actuales de purificación del agua son eficaces para grandes volúmenes de agua, no suelen ser específicos para los iones de metales pesados. Esto significa que también eliminan iones que no son nocivos, lo que resta eficacia a estos métodos.
La fitocelatina, una proteína muy conservada en las plantas, no tiene este problema. La fitocelatina se une específicamente a los iones de metales pesados y los traslada al compartimento celular donde no pueden causar daños.
Los investigadores querían saber cómo lo consigue la fitocelatina. El equipo estudió los componentes básicos de la fitocelatina para determinar cómo se une a determinados iones, en este caso el cadmio. "Identificamos dos grupos -carboxilato y tiolato- y sintetizamos un polímero que los contenía", explica el autor principal, Masaki Nakahata, de la Universidad de Osaka.
Uniendo el polímero a perlas de sílice y membranas de celulosa, el equipo consiguió concentrarlos en un volumen ultrapequeño. Los investigadores hicieron pasar el agua contaminada por el polímero, que eliminó los iones de cadmio de la muestra con gran eficacia, alcanzando un nivel potable aprobado en una hora.
La presencia de grupos carboxilato y tiolato en la estructura del polímero resultó clave para su éxito. Su confinamiento en un volumen ultrapequeño y la creación de un sistema de flujo continuo aumentaron drásticamente la capacidad de carga del polímero.
El sistema presentaba una elevada especificidad para los iones de cadmio en comparación con los iones metálicos esenciales para la salud, como el magnesio y el calcio. Este polímero también muestra una afinidad comparativamente alta por los iones de mercurio, lo que indica que podría ser eficaz para eliminar otros metales pesados.
"No nos sorprende que las plantas hayan adquirido una maquinaria tan sofisticada durante la evolución, porque la biología no hace tonterías", afirma Motomu Tanaka, autor principal y científico tanto de la Universidad de Heidelberg como de la de Kioto. "Sin embargo, nos entusiasmó ver que nuestro polímero inspirado en plantas consigue incluso superar lo que pueden hacer las proteínas vegetales".
El logro del equipo de investigación, sintetizar un polímero inspirado en una proteína vegetal para capturar iones de cadmio, es prometedor porque el polímero es específico para los iones de metales pesados tóxicos y funciona con un método de flujo continuo. Se espera que estas características mejoren la eficacia del tratamiento del agua, una victoria para el agua limpia.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Masaki Nakahata, Ai Sumiya, Yuka Ikemoto, Takashi Nakamura, Anastasia Dudin, Julius Schwieger, Akihisa Yamamoto, Shinji Sakai, Stefan Kaufmann, Motomu Tanaka; "Hyperconfined bio-inspired Polymers in Integrative Flow-Through Systems for Highly Selective Removal of Heavy Metal Ions"; Nature Communications, Volume 15, 2024-7-11
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