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Desarrollan nanomateriales de óxido de titanio para eliminar bacterias del agua y virus presentes en superficies

Santa María Tonantzintla, Puebla, a 20 de abril de 2020. Científicos mexicanos trabajan en un novedoso proyecto para desarrollar superficies con nanomateriales fotocatalíticos basados en óxido de titanio que, al absorber los rayos ultravioleta del Sol, son capaces de eliminar bacterias presentes en agua contaminada.

Este proyecto es desarrollado por investigadores y estudiantes del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, la UDLAP y la Universidad de Texas en San Antonio. Si bien en algunas plantas de tratamiento de aguas residuales ya se emplean nanopartículas de óxido de titanio, éstas deben ser filtradas y separadas después de realizar su acción, lo que aumenta los costos de los procesos. En este caso, se busca desarrollar superficies de gran área donde se depositen e inmovilicen los nanomateriales fotocatalíticos que utilicen la luz Solar y que puedan ser retiradas del agua sin necesidad de ser eliminadas a través de procesos de filtración costosos.

En entrevista, el Dr. Joel Molina Reyes, investigador del INAOE y líder del proyecto, menciona que en los últimos diez años de trabajar en la ciencia básica de estos nanomateriales, el proyecto ha generado estudios muy interesantes que han sido publicados en revistas de alto impacto pues éstos ayudan a degradar los contaminantes orgánicos del agua como las bacterias, los hongos, incluso los virus y algunos contaminantes emergentes de la industria farmacéutica. Algo muy importante es que estos mismos nanomateriales tienen aplicaciones no sólo para descontaminar el agua, sino también para eliminar virus emergentes como el Sars-CoV-2 (que ocasiona la enfermedad del COVID-19) y que puedan estar presentes en varias superficies alrededor de una persona contagiada.

Una de las novedades de este proyecto es que los nanomateriales son depositados e inmovilizados en superficies inertes que pueden ser sumergidas en el agua contaminada y que, después de generar especies químicas con alto poder de oxidación (al interactuar con luz solar), inactivan una gran cantidad de bacterias en pocas horas para posteriormente ser retiradas sin la necesidad de métodos costosos de filtración o separación de nanopartículas disueltas. Las superficies que tienen el óxido de titanio, añade, degradan inmediatamente estos patógenos: "Estos materiales son muy útiles porque aprovechan una fuente de energía gratuita e inagotable: la luz del Sol. Además, nuestra propuesta radica en que estos nanomateriales están inmovilizados en superficies que pueden introducirse y retirarse sin dejar residuos que puedan causar algún daño. Estas nanopartículas no están disueltas en la planta de tratamiento, río, presa, pozo o tanque de agua que se quiera descontaminar y por otro lado, al estar adecuadamente inmovilizadas en superficies, pueden ser reutilizables".

El Dr. Molina apunta que en la actualidad están probando la inmovilización de estos nanomateriales sobre distintos tipos de superficies inertes como vidrio, plásticos, metales entre otros.

Asimismo, subraya la relevancia del proyecto en estos momentos para eliminar virus como el Sars-CoV-2: "Sabemos que hay superficies donde agentes patógenos como bacterias y virus emergentes como el coronavirus, tienen un tiempo de vida diferente dependiendo de la superficie donde se están depositando. En superficies metálicas como acero inoxidable o de plásticos, el virus SARS-Cov-2 tiene una viabilidad para la infección de hasta tres días y ese es un riesgo que deseamos evitar, por eso queremos probar nanomateriales como TiO₂ (en combinación con otros más) que sean inmovilizados sobre estas diferentes superficies para demostrar que estos materiales son muy útiles para inactivar distintos tipos de patógenos".

El investigador recalca que este es un proyecto interdisciplinario en el cual participan tres instituciones. En el INAOE se realizan los procesos de síntesis, depósito de los nanomateriales así como procesamiento y caracterización avanzada de todas las películas y recubrimientos en los laboratorios de Microelectrónica, Nanoelectrónica y de Microscopía Electrónica. Las pruebas microbiológicas que verifican que estas superficies realmente funcionan para inactivar la bacteria del cólera (E. coli) se llevan a cabo en el Laboratorio de Investigación en Microbiología Médica y Biotecnología de la UDLAP, que cuenta con expertos en microbiología y tienen la infraestructura para hacer cultivo, preparación, conteo y caracterización de bacterias, así como la prueba más importante: probar la eficiencia de superficies con óxido de titanio para eliminar bacterias.

"También se colabora con investigadores de la Universidad de Texas en San Antonio, donde hay expertos en caracterizar a nivel de escalas atómicas, la interacción entre materia inorgánica y orgánica, que es justamente la que ocurre entre nuestros nanomateriales y las bacterias que buscamos inactivar. Esto es importante pues la bacteria en interacción con el óxido de titanio genera procesos difíciles de observar o determinar con herramientas convencionales de caracterización", abunda.

El Dr. Joel Molina explica además que en estas semanas su equipo trabajará con estos nanomateriales modificados para inactivar el virus del Sars-Cov-2: "Creemos que podemos desarrollar algunas superficies de gran área en donde este virus que sale de una persona infectada, ya sea por las microgotas expelidas al hablar o toser, se deposite en nuestras superficies y se realice su inactivación cuando incida luz solar desde ultravioleta a visible o incluso, con luz artificial como la de las fuentes de iluminación de un hospital o casa particular. Con esto, esperamos ayudar a minimizar nuevos contagios o incluso, la reinfección de personas ya contagiadas y en tratamiento médico. Tenemos la ventaja de que desde hace diez años estamos estudiando y desarrollando esta tecnología para tratamiento de agua pero que, al modificarla, se puede aplicar hacia esta urgente necesidad por COVID-19".

El Dr. Molina subraya que en momentos como el que se vive es importante reflexionar sobre la pertinencia de la inversión en ciencia y tecnología. "Esta crisis sanitaria global entre muchas otras, no se podrá mitigar ni mucho menos prevenir si no tenemos una inversión adecuada en los proyectos y desarrollos científicos y tecnológicos de cada país incluyendo el nuestro. Todo lo que tengamos a la mano en infraestructura, conocimientos, experiencia, contactos con colegas expertos en áreas relevantes, etc., es sumamente importante y en nuestro caso, vamos a tratar de aportar nuestro granito de arena para el beneficio de México y del mundo".

Finalmente, destaca que estas investigaciones no serían posibles sin la dedicación de los diversos colegas, técnicos de los diversos laboratorios, así como de estudiantes con alta capacidad científica y compromiso, y reconoce en especial el esfuerzo de una de sus estudiantes doctorales, Alejandra Romero Morán, con quien han obtenido resultados muy importantes no solo para la inactivación de bacterias pero ahora, para poder desarrollar estrategias de inactivación del virus SARS-Cov-2.