Detectives de metales tóxicos

En la Cátedra de Química Analítica e Instrumental de la Facultad de Farmacia y Bioquímica de la Universidad de Buenos Aires, un equipo de investigadores ha diseñado y ensayado en pequeña escala materiales supramoleculares híbridos biomiméticos que resultaron muy eficaces para atrapar metales tóxicos, como el cadmio, el cromo y el plomo. Estos contaminantes están presentes con frecuencia en los desechos industriales.

“El trabajo de nuestra cátedra consistió en generar superficies y partículas ensambladas con óxido de silicio (arena) y quitosano”, explica el doctor Luis Díaz, profesor titular de la cátedra e investigador del CONICET y agrega que “se trata de diseñar y desarrollar materiales híbridos a partir de materias primas de bajo costo, como en nuestro caso, son la arena y el quitosano”.

El caparazón de los moluscos está formado por un componente químico, conocido como quitosano, que posee características que le permiten retener metales que al ser humano le resultan sumamente tóxicos.

“Para lograr estos materiales trabajamos con vidrio, esto es, generamos una capa de óxido de silicio en agua. Luego, procedemos al secado de estos compuestos y los cubrimos con una solución de quitosano”, señala Díaz.

Así, por un lado, los investigadores tienen una estructura que podría ser calificada como “andamio” y, asociada con ella, el recubrimiento responsable de identificar, aislar y atrapar los metales tóxicos.

Los efluentes industriales que se producen como resultado de los procesos productivos no siempre, ni necesariamente, constituyen volúmenes significativos de desecho. Pueden llegar a consistir sólo en unos pocos litros, depende del proceso industrial de que se trate y de cuán avanzadas sean las tecnologías utilizadas en la planta de producción.

“Los metales tóxicos que intentamos aislar y retener con los materiales híbridos que diseñamos, para eliminarlos luego, pueden estar en concentraciones bajísimas en los efluentes. Pero, dada la alta toxicidad que tienen, se torna cada vez más necesario hallar maneras eficaces de eliminarlos, a fin de evitar que lleguen a los cursos de agua y contaminen los ecosistemas”, dice Díaz.

En consecuencia, encontrar moléculas de cadmio, por citar sólo un ejemplo de metales de alta toxicidad, en el volumen total de un efluente industrial, puede ser comparado con la ardua y fatigosa tarea de hallar una aguja en un pajar. A menos, por supuesto, que se cuente con esta especie de “imanes” diseñados químicamente.

“Este hecho justifica que se desarrollen materiales híbridos con alta especificidad para el análisis y la identificación de las partículas tóxicas, gran selectividad con el fin de lograr su extracción, y que se requiera una mínima cantidad de muestra para atraparlos y posibilitar su eliminación”, señala Díaz.

En resumen, lo que los investigadores de Farmacia y Bioquímica buscan es generar preconcentrados de metales tóxicos; “esto es que, a partir de un volumen “equis” en el cual se encuentran dispersos los materiales tóxicos, se realiza una operación que permite aislarlos del volumen original, y llevarlos a un volumen muy sensiblemente inferior -lo que equivale a concentrarlos- y tenerlos así disponibles, en una zona precisa de detección o descarte”, explica el investigador de la UBA.

De modo ilustrativo, puede pensarse en un compuesto químico que está disperso, por ejemplo, en un litro de agua. El proceso de preconcentración intentará, por caso, “comprimirlo” en una sola gota de agua. Dicho en lenguaje técnico, consiste en tratar el efluente para que los tóxicos representen el menor volumen posible, es decir, que ocupen la menor geometría de espacio posible.

Los materiales diseñados por Díaz y sus colaboradores presentan una ventaja: la estructura supramolecular híbrida que generaron constituye una misma configuración química con capacidad de -en distintas condiciones de pH y con diferentes tiempos de reacción- “atrapar” tanto las partículas de cadmio, como las de cromo y las de plomo.

“De todas formas -advierte Díaz- conviene tener presente que lo ideal es, por un lado, que los procesos productivos se optimicen todo lo posible con el fin de generar la menor cantidad de desechos tóxicos. En segunda instancia, resulta cada vez más necesario contar con sistemas como el que estamos desarrollando, a fin de que quienes producen los contaminantes los extraigan de sus efluentes in situ, es decir, en la propia planta de producción”. Caso contrario, los tóxicos son vertidos, por ejemplo, a los cursos de agua, generando niveles crecientes de contaminación ambiental que, en general, resultan muy difíciles de remediar.

El equipo de Díaz y colaboradores ya ha realizado, en pequeña escala en el laboratorio, distintos ensayos para comprobar la eficacia de los materiales diseñados. “La etapa de investigación básica ya está concluida. Ahora resta, por medio de un trabajo interdisciplinario, realizar las adaptaciones necesarias con el fin de adecuarlos a escalas mayores de trabajo y adaptarlos a las exigencias del sistema contaminado donde se quiera operar”, manifestó Díaz.

Materiales biomiméticos

El desarrollo de materiales biomiméticos consiste en aplicar métodos y sistemas hallados en la naturaleza y, a partir de ahí e imitándolos, diseñar sistemas tecnológicos nuevos. De allí el nombre del concepto: “bio”, por biológico y “mimético” por mimesis, que el Diccionario de la Lengua Española de la Real Academia Española (en su vigésima segunda edición) define como: “En la estética clásica, imitación de la naturaleza que como finalidad esencial tiene el arte”.

Es común que los expertos grafiquen esta estrategia con la siguiente observación: la naturaleza ha contado con miles de millones de años y una enorme superficie para operar cual laboratorio, así que mediante sucesivos ensayos y errores ha logrado diseños “perfectos”, que desde tiempos inmemoriales han ido evolucionando hacia la optimización. Resulta, entonces, económico y estratégico que el hombre imite tales desarrollos naturales y genere sistemas y estructuras altamente eficaces, es decir réplicas artificiales.

Uno de los ejemplos más repetidos es el de los sonares y radares que replican una insuperable estrategia desarrollada por los murciélagos: la ecolocalización.

Últimamente, la copia de las buenas soluciones halladas por la naturaleza hizo que en el diseño de naves espaciales que deben recorrer los accidentados terrenos de planetas lejanos, las ruedas sean sustituidas por “patas”, notablemente muy superiores en utilidad que esos adminículos esféricos, tal como han llegado a comprobar numerosos insectos.