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Investigadores de la Universidad de São Paulo (USP) publican en la revista Micron una solución de bajo coste basada en la nanotecnología para la eliminación de micro y nanoplásticos del agua.
Las diminutas partículas de plástico están omnipresentes en el mundo actual y pueden ser uno de los problemas ambientales más importantes, después de la emergencia climática y la extinción acelerada de especies y ecosistemas.
Los microplásticos están en el suelo, el agua y el aire, y en los cuerpos de los animales y los humanos. Provienen de los bienes de consumo cotidianos y del desgaste de materiales más grandes. Se encuentran en todas partes y en todo tipo de entornos. Una fuente importante es el agua que se utiliza para lavar ropa hecha de fibras sintéticas. Los microplásticos actualmente no se pueden filtrar de las aguas residuales y terminan penetrando en el suelo, el nivel freático, los ríos, los océanos y la atmósfera.
Definidos como fragmentos de hasta 1 milímetro, los microplásticos propiamente dichos son un problema bien identificado y visible. Los nanoplásticos, sin embargo, son mil veces más pequeños y están demostrando ser un peligro aún más insidioso, ya que pueden atravesar barreras biológicas clave y llegar a órganos vitales. Un estudio reciente, por ejemplo, detectó su presencia en el cerebro humano.
“Las nanopartículas no son visibles a simple vista ni detectables con microscopios convencionales, por lo que son muy difíciles de identificar y eliminar de los sistemas de tratamiento de agua”, dijo Henrique Eisi Toma, profesor del Instituto de Química (IQ-USP) y autor del estudio, citado por la agencia FAPESP.
El procedimiento desarrollado en la USP utiliza nanopartículas magnéticas funcionalizadas con polidopamina, un polímero derivado de la dopamina, un neurotransmisor presente en el organismo humano. Estas nanopartículas pueden unirse a los residuos micro y nanoplásticos y, luego, las partículas combinadas pueden eliminarse del agua mediante la aplicación de un campo magnético.
“La polidopamina es una sustancia que imita las propiedades adhesivas de los mejillones, que se adhieren con gran tenacidad a muchas superficies. Se adhiere firmemente a los fragmentos de plástico en el agua y permite que las nanopartículas magnéticas los capturen. Este material indeseable se puede retirar del agua con un imán“, explica Toma.
El proceso ya ha demostrado ser eficaz para eliminar micro y nanoplásticos del agua, especialmente en sistemas de tratamiento. Sin embargo, el grupo de investigación también pretende degradarlos utilizando enzimas específicas como la lipasa, que puede descomponer el tereftalato de polietileno (PET) en sus componentes básicos. El uso de las enzimas descompone el PET y otros plásticos ampliamente utilizados en moléculas más pequeñas, que se pueden reutilizar para producir materiales plásticos.
“Nuestro objetivo no es solo eliminar el plástico del agua, sino también contribuir a su reciclaje de forma sostenible”, explica Toma.
El PET es una materia prima para botellas de plástico y otros artículos. Se trata de un importante contaminante, sobre todo porque su degradación produce ácido tereftálico (C6H4(COOH)2) y etilenglicol (C2H4(OH)2), ambos tóxicos.
“La lipasa descompone el PET en estas formas monoméricas iniciales, que pueden reutilizarse para sintetizar nuevos PET. Nuestro estudio se centró en el PET, pero otros investigadores pueden incluir otras enzimas específicas para procesar diferentes plásticos, como la poliamida o el nailon, por ejemplo“, afirma.
En el estudio dirigido por Toma, se sintetizaron nanopartículas magnéticas de óxido de hierro (II, III), u óxido de hierro negro (Fe3O4), mediante coprecipitación y luego se recubrieron con polidopamina (PDA) oxidando parcialmente la dopamina en una solución ligeramente alcalina para formar Fe3O4@PDA. La lipasa se inmovilizó en este sustrato. Se utilizó microscopía Raman hiperespectral para controlar el secuestro y la degradación del plástico en tiempo real.
El término “plásticos” hace referencia a una amplia gama de polímeros sintéticos o semisintéticos, la mayoría de los cuales se derivan de combustibles fósiles. Su maleabilidad, flexibilidad, peso ligero, durabilidad y bajo costo han asegurado su presencia en innumerables productos utilizados en la vida cotidiana. La preocupación por los residuos y desechos producidos por este uso tan intensivo ha llevado a la búsqueda de alternativas, como los bioplásticos. En lugar de petroquímicos no renovables, los bioplásticos se derivan de fuentes renovables y biodegradables.
“Es una buena idea, pero antes de degradarse por completo, los bioplásticos también se fragmentan y forman micro o nanoplásticos. Al ser biocompatibles, son aún más insidiosos porque pueden interactuar más directamente con nuestros organismos y desencadenar reacciones biológicas”, dijo Toma.