Universidad de Chicago desarrolla sensor portátil capaz de detectar químicos tóxicos en agua a niveles sin precedentes

Un equipo de científicos de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago (UChicago PME) y el Laboratorio Nacional Argonne ha desarrollado un método revolucionario para detectar niveles minúsculos de sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS) en agua, según anunció la institución durante la Semana del Agua de Chicago.

El dispositivo, que los investigadores planean distribuir en formato portátil de mano, utiliza sondas únicas para cuantificar niveles de estos "químicos eternos", algunos de los cuales son tóxicos para los humanos, según la investigación publicada en la revista Nature Water. La tecnología puede detectar PFAS presentes a 250 partes por cuatrillón (ppq), una concentración comparable a un grano de arena en una piscina olímpica, según la universidad.

Esta capacidad de detección otorga al dispositivo utilidad práctica para monitorear agua potable en busca de dos de los PFAS más tóxicos: el ácido perfluorooctanoico (PFOA) y el ácido perfluorooctanosulfónico (PFOS), para los cuales la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) propuso recientemente límites de 4 partes por billón, según informó UChicago PME. El sensor puede medir contaminantes en cuestión de minutos, según la institución.

Los PFAS, conocidos como "químicos eternos" debido a su persistencia en el medio ambiente, representan un grupo de miles de sustancias sintéticas utilizadas en productos que resisten el calor, el aceite, las manchas y el agua. Su presencia en el agua potable ha generado creciente preocupación por sus efectos en la salud humana.

El desarrollo del sensor forma parte de una iniciativa más amplia centrada en la "Economía Azul", la intersección entre el crecimiento económico y la gestión del agua, según UChicago PME. Los investigadores de la institución están trabajando no solo en la purificación del agua y la detección de químicos dañinos, sino también en la construcción de formas de apoyar la extracción sostenible de recursos y impulsar el crecimiento económico, tanto en Estados Unidos como en el extranjero, según la universidad.

Uno de los principales impulsores de estos esfuerzos es la coalición Great Lakes ReNEW, un Motor de Innovación Regional respaldado por la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos que involucra a UChicago PME y que tiene como objetivo convertir la región de los Grandes Lagos en un centro global de innovación en agua, según la institución.

Current, el centro regional independiente sin fines de lucro de innovación en agua, recibió hasta 45 millones de dólares en financiamiento federal durante tres años para escalar Great Lakes ReNEW, según anunció la organización. Este financiamiento continuo de la Fundación Nacional de Ciencias se basa en la designación original de Current como uno de los Motores de Innovación Regional inaugurales de la NSF y refuerza la visión de Great Lakes ReNEW de transformar los desechos en los sistemas de agua en riqueza, según Current.

A medida que las industrias intensivas en agua, desde centros de datos de inteligencia artificial hasta producción de energía y manufactura, ejercen demandas crecientes sobre el agua dulce de la región, Great Lakes ReNEW y su coalición de más de 75 socios están avanzando soluciones que apoyan la sostenibilidad a largo plazo de los recursos hídricos de los Grandes Lagos, según la organización. Estos esfuerzos también impulsan el crecimiento económico y mejoran la seguridad, prosperidad y salud de las comunidades estadounidenses, según Current.

En otro avance significativo, un equipo de UChicago PME liderado por el profesor asistente Chibueze Amanchukwu, trabajando con investigadores de la Universidad Northwestern, convirtió las condiciones que degradan componentes de baterías en una nueva técnica poderosa para degradar intencionalmente los contaminantes del agua conocidos como PFAS, según la investigación publicada en Nature Chemistry.

Los resultados muestran éxito notable en la descomposición de la molécula de PFAS de cadena larga ácido perfluorooctanoico (PFOA) en fluoruro mineralizado sin formar cadenas moleculares cortas que pueden ser aún más difíciles de eliminar del agua, según la publicación. Esta nueva fuente de fluoruro puede usarse para crear compuestos libres de PFAS, convirtiendo contaminantes en productos comerciales valiosos, según UChicago PME.

Además, un equipo de UChicago PME liderado por el profesor asistente Chong Liu y un equipo de Northwestern están detrás de un artículo en Nature Communications que resolvió el misterio de cómo funcionan los canales iónicos biológicos y reveló nuevos conocimientos sobre cómo funciona el transporte de iones, según la universidad.

La investigación se inspiró en las membranas celulares vivas, donde las proteínas actúan como guardianes químicos que controlan selectivamente el paso de iones como potasio o sodio. En lugar de permitir pasivamente que los iones pasen dentro y fuera de la célula, estos "porteros bioquímicos" abren o cierran la puerta según sea necesario, según explicó la universidad.

La capacidad de ajustar membranas para permitir más material en algunos momentos y mantenerlo fuera en otros podría revolucionar cómo las personas hacen que el agua sea segura para beber y eliminan químicos dañinos o valiosos de océanos, lagos y ríos, según UChicago PME. El equipo desarrolló un sistema ajustable que controla selectivamente el transporte químico a escala atómica, según la investigación.

Los avances en ciencia del agua de UChicago PME también se extienden internacionalmente. El Proyecto Vidyut, una colaboración creativa entre el Centro STAGE de la Universidad de Chicago y el Centro para Alternativas Tecnológicas para Áreas Rurales (C-TARA) del Instituto Indio de Tecnología de Bombay, está aprovechando la narración de historias y los juegos de mesa para promover técnicas de riego eficientes en energía entre agricultores en la India rural, según la universidad.

Apoyado por los Premios Globales de la Facultad del Rector de la Universidad de Chicago y el Centro UChicago en Delhi, el proyecto tiene como objetivo hacer que conceptos científicos complejos sean accesibles y prácticos para comunidades rurales, según la institución. El equipo desarrolló dos juegos de mesa atractivos, Capacitor Raja y Sinchan Sharyat, diseñados para enseñar a los agricultores cómo usar herramientas de bajo costo como capacitores para mejorar el uso de electricidad y agua, abordando así ineficiencias energéticas críticas del lado de la demanda, según UChicago PME.

Estos desarrollos representan un enfoque multifacético para abordar los desafíos del agua que van desde la detección y eliminación de contaminantes hasta la gestión sostenible de recursos en diferentes contextos geográficos y económicos. La convergencia de innovación tecnológica, financiamiento federal sustancial y colaboración internacional posiciona a la región de los Grandes Lagos como un centro emergente para soluciones hídricas que podrían tener aplicaciones globales, particularmente en un momento en que la escasez de agua y la contaminación representan desafíos crecientes en todo el mundo.