La metodología analítica convencional para detectar contaminantes químicos en ecosistemas marítimos implica cierta rigidez en el proceso, ya que las muestras se recogen in situ pero deben ser transportadas a laboratorios en tierra para su análisis. Este procedimiento solo permite obtener información en momentos puntuales y pueden surgir errores en la estabilización y conservación de las muestras, además de que se trabaja con instrumentación centralizada de alto coste de adquisición y mantenimiento, así como con personal técnico altamente cualificado.
Frente a esta metodología, han surgido en los últimos tiempos lo que se denomina miniaturización de los sistemas analíticos, con diseños más robustos y transportables, que permiten la monitorización en el propio lugar y en tiempo real de los diferentes parámetros químicos de interés. Una de estas propuestas es la que está diseñando el grupo QA2 (Química Analítica Ambiental y Toxicología), perteneciente al Departamento de Química Analítica y Alimentaria, integrado en el Centro de Investigación Marina de la Universidad de Vigo, y coordinado por el investigador Carlos Bendicho, en el marco del proyecto Sistemas analíticos innovadores basados en receptores nanoestructurados sobre sustratos (nano)celulósicos para la detección de sustancias de interés ambiental. El estudio, seleccionado dentro de la Convocatoria Retos de Investigación del Ministerio de Ciencia e Innovación, tiene una duración de cuatro años y se basa en el uso de sustratos de celulosa como material para el diseño y construcción de nuevos sensores (paper-based analytical devices o PADs).
Estos sensores desechables pueden utilizarse donde sea necesario, es decir, fuera de los laboratorios centralizados y en situaciones con recursos económicos limitados, lo que permite democratizar la detección de sustancias de interés y hacerla posible en diferentes contextos socioeconómicos. «La portabilidad, la respuesta rápida y el bajo coste desempeñan un papel fundamental. En definitiva, este tipo de sensor puede contribuir a una mejor evaluación de los riesgos de exposición y facilitar una toma de decisiones más eficaz», explica el profesor Carlos Bendicho. A estas ventajas se suma el hecho de que contribuyen a reducir el consumo de muestras, reactivos y, en última instancia, energía, en consonancia con las tendencias actuales en química verde o sostenible.
La necesidad de realizar análisis in situ
El equipo de investigadores del grupo QA2, cofinanciado por el Programa Operativo FEDER/FSE Galicia 2014-2020, explica que la mayoría de los sistemas instrumentales utilizados en laboratorios no son adecuados, por ejemplo, para su uso en el entorno de un buque oceanográfico, debido a las condiciones de funcionamiento (necesidad de gases), los requisitos energéticos, la fragilidad, la complejidad instrumental (espacio) y la sensibilidad a movimientos, vibraciones, etc. Por ello, los investigadores consideran necesario disponer de herramientas adecuadas que permitan monitorizar de forma rápida y eficaz la concentración de contaminantes químicos en la atmósfera, el agua, los suelos y los sedimentos, entre otros. No obstante, subrayan que el proyecto no pretende sustituir la instrumentación analítica centralizada, sino complementarla, «haciendo hincapié en aspectos ventajosos como la capacidad de realizar análisis in situ, un control rutinario que permita monitorizar grandes áreas geográficas de forma sencilla y la implicación de la ciudadanía en una protección más eficaz del medio ambiente y la salud».
Ventajas sobre otros sensores
El funcionamiento de estos nuevos sensores PADs se basa en la inmovilización de receptores (nanopartículas plasmónicas, puntos cuánticos fluorescentes de carbono, cromóforos orgánicos, etc.) como base para el reconocimiento selectivo de las sustancias, y su integración en un dispositivo de microseparación para lograr sensibilidad y selectividad. Como destaca Bendicho, “a diferencia de los sensores construidos con otros sustratos como los polímeros plásticos, el interés de los PADs radica en su naturaleza hidrofílica, la facilidad de fabricación, el bajo coste, su carácter desechable y su biodegradabilidad”. El proyecto se está desarrollando además en colaboración con investigadores de otros países europeos en el contexto del programa COST de la acción europea (European network for the promotion of portable, affordable and simple analytical platforms).
En el ámbito medioambiental, los PAD facilitan las mediciones en lugares remotos y permiten estudiar la distribución temporal y espacial de diversos contaminantes para determinar con precisión sus fuentes, distribución e impacto ambiental. Los PAD desarrollados pueden tener aplicaciones prácticas en estudios de contaminación de ecosistemas acuáticos (ríos, lagos, aguas subterráneas), medio marino (rías y estuarios de la costa gallega), fuentes de contaminación generadas por la industria, buques oceanográficos, explotaciones mineras cerca de cauces fluviales, movilización de contaminantes por incendios forestales, etc.
Múltiples plataformas
En el marco del proyecto, ya se han diseñado varias plataformas de celulosa para la detección de arsénico, boro, mercurio, yoduro, nitrito y sulfuro en diversos tipos de agua, incluida el agua de mar. La detección en el PAD se realiza mediante mediciones colorimétricas o fluorescentes, digitalizando primero la imagen con dispositivos de tecnologías de la información y la comunicación (TIC), como escáneres portátiles, cámaras de móviles o tabletas, y procesando posteriormente la señal con software (por ejemplo, el software de dominio público ImageJ).
Fuente: DUVI
