Desarrollan un dispositivo portátil para detectar PFAS en el agua de forma rápida y económica

Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa han creado un sensor que identifica concentraciones de PFOA y PFOS mediante señales eléctricas, sin necesidad de recurrir a laboratorios especializados. La tecnología podría facilitar el control de la contaminación por estas sustancias persistentes.

Un equipo de investigadores de la Unidad de Micro/Bio/Nanofluídica del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), en Japón, ha desarrollado un dispositivo portátil para detectar sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS) en el agua. El sistema permite realizar mediciones directamente en el lugar de muestreo, sin necesidad de transportar las muestras a laboratorios especializados, lo que podría reducir los costes y los tiempos asociados a los análisis convencionales.

Los PFAS son un amplio grupo de sustancias químicas sintéticas caracterizadas por su elevada resistencia a la degradación. Esta persistencia les ha valido el nombre de «químicos eternos», ya que pueden permanecer durante largos periodos en el medio ambiente y acumularse en el agua, el suelo y los organismos vivos. Su presencia genera preocupación por los posibles efectos sobre la salud humana y los ecosistemas.

Actualmente, la detección de estos contaminantes suele requerir la recogida de muestras y su posterior análisis en instalaciones equipadas con técnicas avanzadas de espectrometría de masas. Aunque estos procedimientos ofrecen una elevada sensibilidad y precisión, también implican costes y tiempos de espera que dificultan un seguimiento más extendido.

La nueva tecnología, cuyos resultados se han publicado en la revista científica Biosensors and Bioelectronics, pretende ofrecer una alternativa más accesible para la vigilancia ambiental.

Polímeros que reconocen sustancias contaminantes

El dispositivo utiliza polímeros de impresión molecular (MIP, por sus siglas en inglés), unos materiales sintéticos diseñados para reconocer y capturar moléculas específicas. Para fabricarlos, se forma una estructura alrededor de la sustancia que se desea detectar, en este caso un compuesto PFAS. Una vez retirada la molécula original, queda una cavidad con una forma y unas características químicas que permiten reconocerla y capturarla de nuevo.

Este mecanismo funciona de manera similar a una cerradura que encaja con una llave y explica por qué estos materiales también se conocen como anticuerpos sintéticos.

El sensor detecta la presencia de PFAS mediante la medición de los cambios en la corriente eléctrica que se producen cuando las moléculas contaminantes se unen a los polímeros depositados sobre un electrodo. Cuanto mayor es la variación de la señal eléctrica, mayor es la concentración detectada en la muestra de agua.

Una de las ventajas del sistema es que no necesita reactivos químicos adicionales para realizar la medición, lo que simplifica el procedimiento y facilita su utilización en dispositivos portátiles.

Un sensor fabricado sobre tiras de tejido

El prototipo desarrollado por el equipo investigador destaca por su reducido tamaño y por la posibilidad de producirse mediante técnicas de fabricación relativamente sencillas. Para demostrar su viabilidad, los investigadores imprimieron mediante serigrafía 100 electrodos desechables sobre tejido reutilizado en apenas unas horas.

Posteriormente, recubrieron estos electrodos con polímeros específicos para detectar dos compuestos: el ácido perfluorooctanoico (PFOA) y el sulfonato de perfluorooctano (PFOS), dos de los PFAS más conocidos por sus riesgos para la salud.

Los electrodos se conectan a un potenciostato comercial, un dispositivo que mide las señales eléctricas y que puede conectarse directamente a un teléfono móvil o a un ordenador portátil. De este modo, el sistema permite obtener mediciones sin depender de equipos de laboratorio de gran tamaño.

Las pruebas realizadas con muestras de agua dulce y agua potable a las que se habían añadido concentraciones conocidas de PFOA y PFOS mostraron una correspondencia estrecha entre las cantidades detectadas y las concentraciones reales. Los investigadores señalan que la plataforma también podría adaptarse a otros compuestos de la familia PFAS modificando los polímeros utilizados en el sensor.

«Nuestro objetivo es desarrollar una tecnología sensible y de bajo coste que, con el tiempo, pueda utilizarse fuera de los laboratorios especializados», explica el investigador Mark Sullivan. El equipo ha demostrado su funcionamiento con PFOA y PFOS y considera que el mismo sistema podría adaptarse a otras sustancias de esta familia.

Facilitar el control de la contaminación por PFAS

La familia de los PFAS comprende más de 10.000 sustancias químicas relacionadas, aunque el número de compuestos sometidos a regulación varía según el país y el marco normativo. Su resistencia al calor, al agua, al aceite y a la degradación ambiental ha favorecido su utilización en numerosas aplicaciones industriales y productos de consumo, pero también dificulta su eliminación una vez liberados al medio ambiente.

La posibilidad de adaptar los polímeros de impresión molecular a diferentes compuestos podría ampliar las aplicaciones del dispositivo y facilitar la identificación de nuevos contaminantes.

Según la investigadora Perrine Lasserre, esta tecnología podría proporcionar herramientas de detección a administraciones locales e incluso a particulares para tomar decisiones informadas ante posibles episodios de contaminación. Entre sus posibles aplicaciones menciona la comunicación de focos contaminantes a las autoridades municipales o la evaluación de la necesidad de instalar sistemas de filtración de agua.

La profesora Amy Shen destaca también la importancia de hacer más accesible la vigilancia ambiental: «Nuestro estudio demuestra cómo el reconocimiento molecular sintético puede combinarse con dispositivos electroquímicos de bajo coste para detectar concentraciones extremadamente pequeñas de estas sustancias persistentes».

No obstante, el dispositivo todavía requiere nuevas fases de desarrollo y validación en condiciones reales de campo antes de poder considerarse una alternativa consolidada a los métodos analíticos convencionales. Los investigadores consideran que su potencial reside en facilitar un seguimiento más amplio y accesible de la contaminación por PFAS.