Verter motas de óxido en el agua generalmente la ensucia más. Pero los investigadores han desarrollado nanopartículas especiales de óxido de hierro a las que llaman "óxido inteligente" que en realidad lo hacen más limpio. El óxido inteligente puede atraer muchas sustancias, incluidos petróleo, nanoplásticos y microplásticos, así como el herbicida glifosato, dependiendo del recubrimiento de las partículas. Y como las nanopartículas son magnéticas, se pueden eliminar fácilmente del agua con un imán junto con los contaminantes. Ahora, el equipo informa que han modificado las partículas para atrapar hormonas de estrógeno que son potencialmente dañinas para la vida acuática.
Los investigadores presentarán sus resultados hoy en la reunión de otoño de la Sociedad Química Estadounidense (ACS).
"Nuestro 'óxido inteligente' es barato, no tóxico y reciclable", dice Marcus Halik, Ph.D., investigador principal del proyecto. "Y hemos demostrado su uso para todo tipo de contaminantes, lo que demuestra el potencial de esta técnica para mejorar drásticamente el tratamiento del agua".
Durante muchos años, el equipo de investigación de Halik ha estado investigando formas respetuosas con el medio ambiente de eliminar los contaminantes del agua. Los materiales base que utilizan son nanopartículas de óxido de hierro en forma superparamagnética, lo que significa que son atraídas por los imanes, pero no entre sí, por lo que las partículas no se agrupan.
Para hacerlos "inteligentes", el equipo desarrolló una técnica para unir moléculas de ácido fosfónico a esferas de tamaño nanométrico. "Después de añadir una capa de moléculas a los núcleos de óxido de hierro, parecen pelos que sobresalen de la superficie de estas partículas", dice Halik, de la Universidad Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Luego, al cambiar lo que está unido al otro lado de los ácidos fosfónicos, los investigadores pueden ajustar las propiedades de las superficies de las nanopartículas para adsorber fuertemente diferentes tipos de contaminantes.
Las primeras versiones de óxido inteligente capturaron petróleo crudo del agua recolectada del mar Mediterráneo y glifosato del agua de estanque recolectada cerca de la universidad de los investigadores. Además, el equipo demostró que la oxidación inteligente podría eliminar nanoplásticos y microplásticos agregados a muestras de agua de río y de laboratorio.
Hasta ahora, el equipo se ha centrado en los contaminantes presentes en su mayoría en grandes cantidades. Lukas Müller, un estudiante de posgrado que presentará nuevos trabajos en la reunión, quería saber si podía modificar las nanopartículas de óxido para atraer trazas de contaminantes, como las hormonas. Cuando algunas de las hormonas del cuerpo humano se excretan, se arrojan a las aguas residuales y finalmente ingresan a los cursos de agua. Los estrógenos naturales y sintéticos son uno de esos grupos de hormonas, y las principales fuentes de estos contaminantes incluyen los desechos humanos y del ganado. Las cantidades de estrógenos en el medio ambiente son muy bajas, afirma Müller, por lo que son difíciles de eliminar. Sin embargo, se ha demostrado que incluso estos niveles afectan el metabolismo y la reproducción de algunas plantas y animales, aunque no se conocen completamente los efectos de niveles bajos de estos compuestos en humanos durante períodos prolongados.
"Comencé con el estrógeno más común, el estradiol, y luego con otros cuatro derivados que comparten estructuras moleculares similares", dice Müller. Las moléculas de estrógeno tienen un cuerpo esteroide voluminoso y partes con ligeras cargas negativas. Para aprovechar ambas características, recubrió nanopartículas de óxido de hierro con dos conjuntos de compuestos:uno largo y otro cargado positivamente. Las dos moléculas se organizaron en la superficie de las nanopartículas y los investigadores plantean la hipótesis de que juntas construyen miles de millones de "bolsillos" que atraen el estradiol y lo atrapan en su lugar.
Debido a que estas bolsas son invisibles a simple vista, Müller ha estado utilizando instrumentos de alta tecnología para verificar que existen estas bolsas que atrapan estrógenos. Los resultados preliminares muestran una extracción eficiente de las hormonas de muestras de laboratorio, pero los investigadores deben analizar experimentos adicionales de espectroscopia de resonancia magnética nuclear de estado sólido y dispersión de neutrones de ángulo pequeño para verificar la hipótesis de bolsillo. "Intentamos comprender con diferentes piezas del rompecabezas cómo se ensamblan realmente las moléculas en la superficie de las nanopartículas", explica Müller.
En el futuro, el equipo probará estas partículas en muestras de agua del mundo real y determinará la cantidad de veces que pueden reutilizarse. Debido a que cada nanopartícula tiene una gran superficie con muchos bolsillos, los investigadores dicen que deberían poder eliminar los estrógenos de múltiples muestras de agua, reduciendo así el costo por limpieza. "Al reciclar repetidamente estas partículas, el impacto material de este método de tratamiento de agua podría llegar a ser muy pequeño", concluye Halik.
Más información: Óxido inteligente para limpiar el agua de las hormonas, ACS Otoño 2023
Proporcionado por la Sociedad Química Estadounidense
