{"id":9961,"date":"2018-05-03T09:28:37","date_gmt":"2018-05-03T15:28:37","guid":{"rendered":"http:\/\/otech.uaeh.edu.mx\/noti\/?p=9961"},"modified":"2018-05-03T09:28:37","modified_gmt":"2018-05-03T15:28:37","slug":"inactivan-bacterias-en-agua-con-nanotecnologia","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/otech.uaeh.edu.mx\/noti\/conacyt\/inactivan-bacterias-en-agua-con-nanotecnologia\/","title":{"rendered":"Inactivan bacterias en agua con nanotecnolog\u00eda"},"content":{"rendered":"

Un grupo de investigaci\u00f3n del Instituto Nacional de Astrof\u00edsica, \u00d3ptica y Electr\u00f3nica (INAOE<\/a>) desarroll\u00f3 el prototipo de un sensor que define los niveles de concentraci\u00f3n de iones de hidr\u00f3geno (pH) en el agua. Este par\u00e1metro \u2014complementado con otros como turbidez, conductividad, densidad de bacterias y metales pesados\u2014 proporciona informaci\u00f3n \u00fatil para conocer su calidad.<\/p>\n

\"1-HEAD_nanoagua0218.jpg\"<\/p>\n

En una segunda fase del proyecto, esa tecnolog\u00eda para detectar pH se complement\u00f3 con tratamientos basados en nanopart\u00edculas de \u00f3xido de titanio (TiO2<\/sub>) que inactiva un alto n\u00famero de bacterias \u2014Escherichia coli\u2014 utilizando su propio ADN para programar su muerte.<\/p>\n

De acuerdo con el doctor Joel Molina Reyes, investigador titular adscrito a la Coordinaci\u00f3n de Electr\u00f3nica del INAOE, el proyecto inici\u00f3 en 2012 al formar un grupo multidisciplinario con la intenci\u00f3n de probar nanopart\u00edculas \u00fatiles para eliminar bacterias en muestras de agua contaminada.<\/p>\n

Con base en esa experiencia previa, el doctor Molina Reyes se integr\u00f3 a una iniciativa del Instituto de Ingenieros El\u00e9ctricos y Electr\u00f3nicos (IEEE, por sus siglas en ingl\u00e9s), organizaci\u00f3n que propuso en 2015 generar una estrategia de monitoreo de la calidad del agua y aire en la regi\u00f3n de Latinoam\u00e9rica empleando sensores, procesamiento e instrumentaci\u00f3n electr\u00f3nica sencilla y de bajo costo.<\/p>\n

\u201cEl primer paso consisti\u00f3 en adaptar dispositivos electr\u00f3nicos comerciales con plataformas m\u00f3viles de procesamiento y transmisi\u00f3n de datos basados en Arduino \u2014prototipo electr\u00f3nico de c\u00f3digo abierto\u2014para probar y comparar sensores comerciales de pH y as\u00ed obtener mediciones confiables de este par\u00e1metro y relacionarlas con la calidad del agua. Realizamos m\u00faltiples mediciones y procesamos la informaci\u00f3n con miras a generar una plataforma sencilla, port\u00e1til y replicable en varias regiones de Latinoam\u00e9rica\u201d.<\/p>\n

La tecnolog\u00eda del INAOE al servicio de los nuevos sensores<\/h4>\n

A partir de ese trabajo inicial, el doctor Molina Reyes identific\u00f3 la necesidad de construir sus propios sensores que le permitieran medir la cantidad de iones de hidr\u00f3geno en muestras de agua destinadas al consumo humano.<\/p>\n

\u201cFue as\u00ed como en la siguiente etapa nos dimos a la tarea de construir esos sensores, pero involucrando los procesos, materiales y dispositivos electr\u00f3nicos que desarrollamos usualmente en nuestro instituto\u201d.<\/p>\n

\"1-inaoagua0218.jpg\"Joel Molina Reyes.<\/span>A decir del investigador, el objetivo de construir sus propios sensores atendi\u00f3 la necesidad de perfeccionar el desempe\u00f1o de los mismos, pero tambi\u00e9n hacer mucho m\u00e1s simples los procesos requeridos para su fabricaci\u00f3n, de tal forma que las universidades y centros de investigaci\u00f3n puedan desarrollarlos con su propia infraestructura y as\u00ed reducir los costos de operaci\u00f3n.<\/p>\n

\u201cLogramos un prototipo muy pr\u00e1ctico que contabiliza\u00a0los iones de hidr\u00f3geno a partir de dispositivos que desarrollamos en el a\u00f1o 2000 y que fueron los primeros en su tipo en M\u00e9xico. Estos son llamados ISFET, es decir, transistores de efecto de campo sensibles a iones, un desarrollo que hemos venido mejorando y simplificando a trav\u00e9s del tiempo en el INAOE\u201d.<\/p>\n

Para las siguientes fases del proyecto, el investigador cont\u00f3 con la colaboraci\u00f3n y apoyo financiero de empresas de la industria electr\u00f3nica, como Freescale (antes Motorola) que dio acceso a procesos de fabricaci\u00f3n de transistores avanzados \u2014tecnolog\u00eda CMOS submicrom\u00e9trica\u2014, lo que le permiti\u00f3 concretar un prototipo funcional en un periodo m\u00e1s corto de tiempo y que fue destinado hacia aplicaciones biom\u00e9dicas al utilizar membranas sensibles y selectivas a otros iones espec\u00edficos.<\/p>\n

Posteriormente, gracias a una colaboraci\u00f3n con la Universidad Aut\u00f3noma Metropolitana (UAM), unidad Iztapalapa, se optimiz\u00f3 el sensor de pH a una versi\u00f3n inal\u00e1mbrica y con un consumo bajo de potencia, la cual fue aplicada para la medici\u00f3n de pH y otros par\u00e1metros importantes en muestras de agua de algunas zonas de la Ciudad de M\u00e9xico.<\/p>\n

Nanopart\u00edculas que atacan la membrana bacterial<\/h4>\n

Una vez que se concluy\u00f3 la construcci\u00f3n de los sensores y se obtuvieron los primeros par\u00e1metros de calidad del agua a nivel laboratorio, el siguiente paso en la participaci\u00f3n del doctor Molina Reyes consisti\u00f3 en generar una alternativa de tratamiento \u2014eliminaci\u00f3n de bacterias\u2014 para el agua contaminada.<\/p>\n

Definido ese nuevo objetivo, trabaj\u00f3 junto a sus estudiantes de licenciatura y posgrado en el desarrollo de nanoestructuras basadas en materiales fotocatal\u00edticos que, al ser expuestos a la luz solar, generan elementos que ayudan a la descontaminaci\u00f3n bacterial y que son m\u00e1s efectivos en comparaci\u00f3n con otras alternativas de tratamiento.<\/p>\n

Estas nanoestructuras est\u00e1n pensadas para entrar en contacto con una gran parte de la superficie de la membrana de cada bacteria presente en el agua y as\u00ed acelerar su inactivaci\u00f3n, as\u00ed como para retirar f\u00e1cilmente el nanomaterial que trata el l\u00edquido una vez que lo descontamin\u00f3.<\/p>\n

\u201cEstamos hablando de materiales nanoestructurados en forma de nanotubos, nanopart\u00edculas o nanopel\u00edculas de \u00f3xidos met\u00e1licos, en este caso \u00f3xido de titanio con fase cristalina espec\u00edfica, un material que al ser expuesto a la componente ultravioleta de la radiaci\u00f3n solar natural, genera suficiente carga electr\u00f3nica que llamamos ‘pares electr\u00f3n hueco’, los que a su vez generan radicales OH (hidroxilo) y otras especies altamente oxidantes, que combinados comienzan a afectar inicialmente la membrana celular de las bacterias y despu\u00e9s el c\u00f3digo gen\u00e9tico de su ADN intracelular para, finalmente, programar su muerte\u201d.<\/p>\n

\"1-aguita0218.jpg\"Al referir el grado de avance para esta etapa del proyecto, el investigador dijo que b\u00e1sicamente han logrado comprender en gran medida el mecanismo que hace posible que las bacterias sean eliminadas de manera m\u00e1s eficiente por estas nanoestructuras.<\/p>\n

\u201cPara nosotros esta etapa es muy importante, pues conecta una investigaci\u00f3n de ciencia b\u00e1sica con ciencia aplicada, pero no se queda ah\u00ed, ya que tendr\u00e1 un impacto social importante una vez que comience a aplicarse esta tecnolog\u00eda para resolver los problemas de contaminaci\u00f3n del agua\u201d.<\/p>\n

Entre las principales ventajas de esta tecnolog\u00eda, de acuerdo con el investigador, se encuentra la posibilidad de retirar f\u00e1cilmente nanomateriales tras el proceso de tratamiento.<\/p>\n

\u201cExisten muchas nanopart\u00edculas con altos niveles de eficiencia para tratar el agua contaminada con bacterias, incluso algunas que permiten purificarla en periodos menores a los 10 minutos; no obstante, ese proceso adicional de tener que retirar los nanomateriales usados en cuerpos de agua que ser\u00e1n destinados al consumo humano y que es necesario para evitar efectos nanotoxicol\u00f3gicos, ha creado costos adicionales\u201d.<\/p>\n

\u00bfC\u00f3mo lo resolvieron?<\/h4>\n

\u201cUsamos nanopart\u00edculas con actividad fotocatal\u00edtica mejorada pero ahora estando embebidas dentro de una matriz inorg\u00e1nica que tampoco altera la calidad del agua que ya ha sido tratada y que, en general, funciona como una pel\u00edcula delgada con alta rugosidad superficial y, por lo tanto, una alta superficie de contacto con las bacterias presentes en el agua a tratar\u201d.<\/p>\n

El siguiente paso fue incrementar la eficiencia de desinfecci\u00f3n relacionando el \u00e1rea de contacto que tiene una nanoestructura m\u00e1s compleja. Para ello, se obtuvieron pel\u00edculas formadas por nanotubos de TiO2<\/sub>, las cuales tienen mayor \u00e1rea superficial de contacto para una mayor generaci\u00f3n de especies oxidantes cuando son expuestas a la radiaci\u00f3n solar.<\/p>\n

\u201cEstamos ahora en la etapa de entender los mecanismos asociados a la eliminaci\u00f3n bacterial cuando usamos diferentes superficies efectivas de contacto entre nanoestructuras espec\u00edficas y las bacterias, lo cual nos permitir\u00e1 en un futuro dise\u00f1ar y sintetizar la mejor nanoestructura y aplicarla en la eliminaci\u00f3n de bacterias en tiempos mucho menores y usando la misma fuente natural y gratuita de radiaci\u00f3n, el sol\u201d.<\/p>\n

Fuente:\u00a0Agencia Informativa Conacyt<\/strong><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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