(PhysOrg.com) - Sumergiendo un paño de algodón en un caldo de alta tecnología lleno de nanocables de plata y nanotubos de carbono, Los investigadores de Stanford han desarrollado una nueva Filtro de bajo costo que podría implementarse fácilmente para purificar el agua en el mundo en desarrollo.

En lugar de atrapar bacterias físicamente como lo hacen la mayoría de los filtros existentes, el nuevo filtro les permite fluir con el agua. Pero para cuando los patógenos hayan pasado, también han fallecido, porque el dispositivo los mata con un campo eléctrico que atraviesa el algodón "nano-revestido" altamente conductor.

En pruebas de laboratorio, más del 98 por ciento de las bacterias Escherichia coli que estuvieron expuestas a 20 voltios de electricidad en el filtro durante varios segundos murieron. Se usaron múltiples capas de tela para hacer que el filtro tuviera un grosor de 2,5 pulgadas.

"Esto realmente proporciona un nuevo método de tratamiento de agua para matar patógenos, "dijo Yi Cui, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales. "Se puede usar fácilmente en áreas remotas donde la gente no tiene acceso a tratamientos químicos como el cloro".

Cólera, la fiebre tifoidea y la hepatitis se encuentran entre las enfermedades transmitidas por el agua que son un problema continuo en el mundo en desarrollo. Cui dijo que el nuevo filtro podría usarse en sistemas de purificación de agua desde ciudades hasta pequeñas aldeas.

Filtrado más rápido al dejar pasar las bacterias

Los filtros que atrapan físicamente las bacterias deben tener espacios porosos lo suficientemente pequeños para evitar que los patógenos se deslicen, pero eso restringe el caudal de los filtros.

Dado que el nuevo filtro no atrapa bacterias, puede tener poros mucho más grandes, permitiendo que el agua pase a una velocidad más rápida.

"Nuestro filtro es de aproximadamente 80, 000 veces más rápido que los filtros que atrapan bacterias, ", Dijo Cui. Es el autor principal de un artículo que describe la investigación que se publicará en una próxima edición de Nano letras . El documento ya está disponible en línea.

Los espacios de poros más grandes en el filtro de Cui también evitan que se obstruya, que es un problema con los filtros que extraen físicamente las bacterias del agua.

El grupo de investigación de Cui se asoció con el de Sarah Heilshorn, un profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales, cuyo grupo aportó su experiencia en bioingeniería para diseñar los filtros.

Se sabe desde hace mucho tiempo que la plata tiene propiedades químicas que matan las bacterias. "En los días previos a la pasteurización y refrigeración, la gente a veces arrojaba dólares de plata en botellas de leche para combatir las bacterias, o incluso tragarlo, "Dijo Heilshorn.

El grupo de Cui sabía por proyectos anteriores que los nanotubos de carbono eran buenos conductores eléctricos, por lo que los investigadores razonaron que los dos materiales en conjunto serían efectivos contra las bacterias. "Este enfoque realmente saca la plata del ámbito de los remedios populares y la coloca en un entorno de alta tecnología, donde es mucho más efectivo, "Dijo Heilshorn.

Usar lo común mantiene bajos los costos

Pero los científicos también querían diseñar los filtros para que fueran lo más económicos posible. La cantidad de plata utilizada para los nanocables fue tan pequeña que el costo fue insignificante, Dijo Cui. Todavía, necesitaban un material de base que fuera "barato, ampliamente disponible y resistente química y mecánicamente ". Así que optaron por la tela de algodón tejida ordinaria.

"Lo conseguimos en Wal-mart, "Dijo Cui.

Para convertir el algodón de su tienda de descuento en un filtro, lo sumergieron en una solución de nanotubos de carbono, déjalo secar, luego lo sumergí en la solución de nanocables de plata. También intentaron mezclar ambos nanomateriales y hacer una sola inmersión, que también funcionó. Dejan remojar el algodón durante al menos unos minutos, a veces hasta 20, pero eso fue todo lo que hizo falta.

La gran ventaja de los nanomateriales es que su pequeño tamaño facilita que se peguen al algodón. Dijo Cui. Los nanocables varían de 40 a 100 mil millonésimas de metro de diámetro y hasta 10 millonésimas de metro de longitud. Los nanotubos tenían solo unas millonésimas de metro de largo y tan estrechos como una milmillonésima de metro. Debido a que los nanomateriales se adhieren tan bien, los nanotubos crean un suave, superficie continua sobre las fibras de algodón. Los nanocables más largos generalmente tienen un extremo unido a los nanotubos y el otro extremo ramificado, hurgando en el espacio vacío entre las fibras de algodón.

"Con una estructura continua a lo largo, puede mover los electrones de manera muy eficiente y realmente hacer que el filtro sea muy conductor, ", dijo." Eso significa que el filtro requiere menos voltaje ".

Requiere un mínimo de electricidad

La corriente eléctrica que ayuda a matar es solo de unos pocos miliamperios, apenas lo suficiente como para causar una sensación de hormigueo en una persona y es fácilmente suministrada por un pequeño panel solar o un par de baterías de automóvil de 12 voltios. La corriente eléctrica también se puede generar a partir de una bicicleta estacionaria o mediante un dispositivo de manivela.

El bajo requerimiento de electricidad del nuevo filtro es otra ventaja sobre los que filtran físicamente las bacterias. que utilizan bombas eléctricas para forzar el agua a través de sus pequeños poros. Esas bombas necesitan mucha electricidad para funcionar, Dijo Cui.

En algunas de las pruebas de laboratorio del nanofiltro, la electricidad necesaria para hacer pasar la corriente a través del filtro era solo una quinta parte de la que habría necesitado una bomba de filtración para filtrar una cantidad comparable de agua.

Los poros del nanofiltro son lo suficientemente grandes como para que no sea necesario bombear; la fuerza de la gravedad es suficiente para enviar el agua a toda velocidad.

Aunque el nuevo filtro está diseñado para dejar pasar las bacterias, Una ventaja adicional de usar el nanoalambre de plata es que si alguna bacteria persistiera, la plata probablemente lo mataría. Esto evita la bioincrustación, en el que las bacterias forman una película en un filtro. La bioincrustación es un problema común en los filtros que usan poros pequeños para filtrar las bacterias.

Cui dijo que la electricidad que pasa a través del filtro conductor también puede alterar el pH del agua cerca de la superficie del filtro. lo que podría aumentar su letalidad para las bacterias.

Cui dijo que los próximos pasos en la investigación son probar el filtro en diferentes tipos de bacterias y realizar pruebas usando varios filtros sucesivos.

"Con un filtro, podemos matar el 98 por ciento de las bacterias, "Dijo Cui." Para beber agua, no quieres bacterias vivas en el agua, por lo que tendremos que utilizar varias etapas de filtrado ".

El grupo de investigación de Cui ha llamado la atención recientemente por el uso de nanomateriales para construir baterías a partir de papel y tela.