Los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas, Número 6, aborda la necesidad de acceso a agua potable y saneamiento para todos. En la situación mundial, una de cada tres personas no tiene acceso a agua potable, y dos de cada cinco no cuentan con instalaciones básicas para lavarse las manos con agua y jabón.

La calidad del agua también se relaciona con los elementos disueltos. En el caso del fluoruro, se recomiendan cantidades controladas para proteger los dientes, p.ej. incluido en la pasta de dientes. Los niveles más altos pueden causar fluorosis, interferir en la formación del esmalte dental, correcto crecimiento de los huesos, y causar deformidades paralizantes de la columna y las articulaciones. La incidencia de concentraciones más altas de fluoruro en el agua es mayor en las áreas rurales sin acceso a una red de agua adecuada.

El fluoruro en las fuentes de agua tiene un origen geogénico en lugar de antropogénico; la concentración de fluoruro en el agua está determinada por las formaciones geológicas en los lechos de los ríos. Por lo tanto, la distribución de flúor puede no ser homogénea en las regiones afectadas, y las fuentes de agua con niveles de flúor seguros e inseguros pueden existir cerca unas de otras. En este caso, el problema del fluoruro podría ser resuelto por una población local provista de equipos específicos para detectar los niveles de fluoruro en el agua y ayudarlos a consumir agua potable.

El costo del equipo para la detección de fluoruro es de moderado a alto, y requiere que la formación se utilice de forma eficaz. Este costo no es asequible para las poblaciones de las zonas rurales. Por estas razones, el grupo liderado por el profesor Mutsumi Kimura y el Dr. Eugenio Otal de la Universidad Shinshu decidió desarrollar un equipo portátil asequible que pueda detectar el fluoruro de una manera sencilla a bajo costo. Su investigación fue publicada recientemente en Química:una revista europea . El costo de la demostración tecnológica desarrollada es de aproximadamente US $ 23, pero este precio puede reducirse a menos de la mitad si se aumenta la producción. El costo principal está relacionado con la electrónica que es útil para muchas determinaciones.

Las estructuras organometálicas (MOF) basadas en lantánidos ofrecen una buena plataforma para la detección de flúor debido a su alta afinidad por el flúor y su intensa emisión en el espectro visible. La fuerte afinidad de los lantánidos por los fluoruros transforma los MOF en los correspondientes fluoruros, apagando la fluorescencia del lantánido. Este cambio de intensidad se puede utilizar para determinar el nivel de fluoruro en el agua potable. Investigadores de la Universidad de Shinshu eligieron el algodón como sustrato por su naturaleza hidrofílica, permitiendo una buena sinergia con los MOF porosos y un buen control sobre la cantidad de muestra líquida introducida en el dispositivo, haciendo reproducibles los resultados y simplificando los sistemas anteriores utilizados.

Estas innovaciones son compatibles con los desarrollos anteriores del grupo, que fueron publicados en Sensores ACS en enero de este año. En este artículo anterior, presentan la plataforma electrónica basada en un microcontrolador Arduino, que utiliza un teléfono inteligente como fuente de energía y plataforma de adquisición de datos. Esta innovación elimina la batería y la pantalla, reduciendo los costos y permitiendo transferir la información de cuantificación de fluoruro directamente al teléfono inteligente. El código Arduino utilizado en el dispositivo también se puede modificar de acuerdo con los requisitos de la población local.

Para transferir la información, se desarrolló una interfaz gráfica amigable (hello.fridie.de/zensorics-app/), recopila los datos de cuantificación de fluoruro, el tiempo, fecha, y posición desde el GPS del teléfono inteligente y los transfiere por correo electrónico, SMS, WhatsApp o cualquier servicio de mensajería instantánea que se incluirá en un mapa de agua potable para compartir con el resto de la población local.

Este novedoso sistema cumple con los conceptos de Industria 4.0, es imprimible en 3D, Arduino programable, fuente abierta, y el dispositivo se puede producir y distribuir localmente. Toda esta innovación produjo un dispositivo de bajo costo que puede ser operado fácilmente por usuarios no capacitados.

El siguiente paso es implementar un MOF con un rendimiento aún mejor. El sistema real utiliza un LED UV para la excitación del lantánido MOF y detecta la emisión verde. El primer autor Eugenio Otal afirma:"Desarrollamos una modificación de este MOF que puede excitarse con luz visible y la señal se detectará en el infrarrojo. Esta innovación podría reducir el costo de la electrónica y utilizar detectores más baratos y sensibles en la región infrarroja de los espectros electromagnéticos".

Su objetivo final es desarrollar un dispositivo portátil para la calidad del agua utilizando los mismos conceptos que utilizaron aquí, hacerlo modular de acuerdo a los requerimientos de cada región y hacer su contribución al Objetivo 6 de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU:Asegurar el acceso al agua y el saneamiento para todos una realidad, con un dispositivo portátil y asequible.