Los químicos de la Universidad de Buffalo han demostrado que las trampas moleculares autoensambladas se pueden usar para capturar PFAS, contaminantes peligrosos que han contaminado los suministros de agua potable en todo el mundo.

Las trampas están hechas de bloques de construcción orgánicos y a base de hierro que se conectan, como Legos, para formar una jaula tetraédrica. Los experimentos mostraron que estas estructuras se unen a ciertos PFAS (abreviatura de sustancias per y polifluoroalquilo), y un análisis de laboratorio reveló cómo sucede esto. Como resulta, los PFAS se adhieren fuertemente al exterior de las jaulas en lugar de quedar atrapados en el interior, dicen los investigadores.

Estos conocimientos se detallaron en un estudio publicado este mes y podrían ayudar a los científicos a ajustar las trampas de manera favorable, por ejemplo, agrandando las aberturas de las jaulas para atrapar potencialmente otros tipos de PFAS. El objetivo final es utilizar tales jaulas, conocidas como jaulas metálicas, en sistemas que aíslan las PFAS del agua, lo que podría conducir a un mejor tratamiento del agua, o técnicas mejoradas para detectar los contaminantes en el agua.

"Los PFAS son sustancias químicas altamente estables y tóxicas que pueden causar efectos adversos para la salud humana, "dice Diana Aga, Doctor., Henry M. Woodburn Catedrático de Química de la Facultad de Artes y Ciencias de la UB. "Cada vez hay más evidencia que sugiere vínculos entre la exposición al PFAS y los resultados adversos para la salud en humanos y animales, con efectos potenciales que incluyen disminución del peso al nacer, disminución de la fertilidad, y mayor riesgo de diabetes y ciertos cánceres, para nombrar unos pocos. Los hallazgos de nuestro nuevo artículo son emocionantes porque proporcionan evidencia de que las trampas moleculares son sorbentes efectivos para algunos PFAS ".

"Estamos muy entusiasmados con algunas formas en las que este trabajo puede evolucionar, de permitir la detección de PFAS que los análisis actuales pueden pasar por alto, alterar las jaulas de modo que, además de unir el PFAS, también los destruyen, "dice Timothy Cook, Doctor., profesor ayudante de Química en la Facultad de Artes y Ciencias de la UB.

Cook y Aga dirigieron el estudio, junto con Cressa Ria P. Fulong, Doctor., un recién graduado de laboratorio de Cook, y Mary Grace E. Guardian, un doctorado candidato en el laboratorio de Aga. Todos los miembros del equipo hicieron contribuciones importantes, con Fulong y Guardian encabezando el trabajo experimental y analítico que tuvo lugar en el laboratorio.

La investigación apareció en la portada de la edición del 18 de mayo de la revista. Química Inorgánica . Cook creó la portada, que dibujó a mano con pluma estilográfica sobre papel, luego digitalizado y coloreado. La ilustración muestra bloques de construcción moleculares que se autoensamblan para formar estructuras tetraédricas que convergen en una molécula de PFAS.

Las trampas capturan un subconjunto de PFAS

Los PFAS no son un solo compuesto; son un grupo de productos químicos artificiales que se utilizan en el envasado de alimentos, revestimientos antiadherentes, espumas contra incendios y otros productos. Debido a que los compuestos no se descomponen fácilmente, persisten en el medio ambiente durante mucho tiempo.

Numerosos estudios han detectado PFAS en suministros de agua potable en todo el mundo, incluido un artículo que Aga y sus colegas publicaron el 19 de mayo en la revista Chemosphere. Ese proyecto buscó los contaminantes en Filipinas y Tailandia y los encontró en aguas superficiales, agua embotellada y agua de estaciones de recarga. Otros estudios han demostrado que los PFAS se acumulan en la sangre de las personas.

Con estas preocupaciones en mente, Cocinera, Aga, Fulong y Guardian se propusieron averiguar si las jaulas moleculares podrían ayudar a atrapar PFAS.

Los científicos examinaron alrededor de una docena de tipos diferentes de jaulas autoensambladas que contienen metales. Fulong sintetizó las jaulas en el laboratorio de Cook, y Guardian utilizaron técnicas analíticas avanzadas en el laboratorio de Aga para estudiar si cada estructura se vinculaba con PFAS.

Este proceso llevó al equipo a las jaulas a base de hierro, que capturó un subconjunto de PFAS con cadenas de seis o más átomos de carbono fluorado, incluidos los ácidos perfluorocarboxílicos, ácidos sulfónicos y fluorotelómeros.

¿Siguiente? Ajustar las jaulas para atrapar más PFAS y tal vez destruirlas

El estudio brinda a los científicos nuevos conocimientos que podrían ayudarlos a realizar mejoras experimentales en las jaulas. Al ajustar los bloques de construcción de las jaulas, los investigadores podrían potencialmente crear estructuras que se unan más fuertemente con PFAS, esponja variedades adicionales de contaminantes, o incluso destruir los productos químicos, Dice Cook.

"He estado leyendo informes en los medios populares de que la gente está tratando de incinerar estos PFAS, y podría empeorar el problema, "Dice Cook." Básicamente, simplemente los envía al aire y los dispersa aún más. Me pregunto si podemos desarrollar jaulas con propiedades electroquímicas o fotoquímicas que les permitan romper los enlaces en PFAS ".

"Tengo la esperanza de que las trampas moleculares puedan diseñarse para capturar potencialmente los PFAS más altamente solubles en agua que normalmente escapan a las tecnologías convencionales de tratamiento de agua, "Dice Aga." Ya hay muchos sorbentes en uso, como el carbón activado, que interactúan con PFAS. Sin embargo, el carbón activado no tiene bloques de construcción o poros que se puedan ajustar fácilmente, y esta es la belleza de las cajas de metal ".