El innovador sistema para eliminar microplásticos y bacterias del agua: enjambres de microrrobots con imanes

Los microplásticos son una de las mayores amenazas medioambientales y sanitarias de nuestra era. El diminuto tamaño -menos de 5 mm- de estas partículas sólidas insolubles las hace muy difíciles de detectar y eliminar a través de los sistemas habituales de filtrado y depuración, y su presencia es cada vez mayor no sólo en los océanos, sino también en el torrente sanguíneo y hasta en la leche materna. Las consecuencias para la salud a medio y largo plazo todavía se desconocen, pero científicos de todo el mundo, España incluida, parecen dispuestos a atajar el problema con sistemas como el que elimina el 99,9% de ellos en 10 segundos o el ideado por un joven de 22 años que se basa en imanes.

Con un enfoque similar, científicos de la Universidad Politécnica de Brno (República Checa), han desarrollado un método muy eficaz y que no sólo es capaz de eliminar los microplásticos del agua, sino también las bacterias potencialmente dañinas para la salud. Los investigadores proponen usar enjambres de microrrobots cargados magnéticamente que, sometidos a campos magnéticos, pueden concentrarse y 'recoger' tanto las diminutas partículas de plástico como patógenos dañinos para los animales y el ser humano.

Detrás de este crucial avance para luchar contra la contaminación del agua, publicado en la revista ACS Nano, está un equipo liderado por el profesor Martin Pumera. Sus avances pueden ser decisivos para hacer frente a catástrofes ecológicas como la que se vivió en Galicia hace unos meses tras el vertido de varios contenedores con pellets de plástico, también conocidos como 'lágrimas de sirena'. 

El problema de los microplásticos

Según el Consejo Económico y Social de las Naciones Unidas, los residuos plásticos constituyen el 80% de toda la contaminación marina. Entre 8 y 10 millones de toneladas métricas de plástico acaban en el océano cada año, y los pellets que amenazaron las costas gallegas y asturianas son sólo el último ejemplo de cómo estos materiales llegan a las playas y pueden acabar formando parte de la cadena trófica. 

El verdadero riesgo de la 'epidemia' de los microplásticos reside en cómo los envases y productos fabricados con plástico se diluyen y fragmentan continuamente por la acción del agua, el viento y el sol, conformando fibras y partículas tan pequeñas que son casi inapreciables para el ojo humano y a las que pueden 'pegarse' todo tipo de gérmenes y patógenos. Por eso es importante diseñar tecnologías cada vez más eficaces, precisas y autónomas, para que la limpieza se realice sin gran necesidad de energía y pueda abarcar superficies cada vez mayores.

Los microrobots junto a las partículas de plástico y gérmenes vistos en el microscopio Universidad Politécnica de Brno Omicrono

En este caso, los dispositivos esféricos a nanoescala creados por Pumera y su equipo miden sólo 2,8 micrómetros de ancho y están diseñados para funcionar como un enjambre, cooperando para eliminar simultáneamente tanto el plástico como los gérmenes del agua. En el interior de los microrrobots se esconde una micropartícula magnética llamada Dynabead, usada habitualmente en la investigación científica, mientras que la superficie se conforma gracias a hebras de un polímero con carga positiva.

En un tanque de agua, estas microesferas demostraron su capacidad para atraer el resto de partículas presentes gracias a los hilos del polímero exterior. Sometidos a un campo magnético giratorio, los robots se agruparon en grupos planos, formando láminas que se movieron por el agua siguiendo la dirección del campo magnético giratorio. Además, los investigadores comprobaron que, ajustando los imanes exteriores, podían alterar tanto el movimiento como el ritmo del enjambre.

Pruebas de laboratorio

Para poner a prueba su eficacia, los investigadores introdujeron en un tanque de agua diminutas perlas de poliestireno fluorescente de sólo 1 micrómetro de ancho, junto con la bacteria Pseudomonas aeruginosa, que puede causar graves infecciones pulmonares como la neumonía, pero también puede afectar al tracto urinario o a los huesos. 

Después se incorporaron al tanque los microrrobots, sometidos a un campo magnético giratorio durante media hora, con intervalos de 10 segundos de exposición de encendido y apagado. En ese tiempo, el 80 por ciento de los gérmenes fueron recogidos por una concentración del robot de 7,5 miligramos por mililitro. El método quedaba claro: a medida que las pequeñas bolitas de plástico se acercaban a los microrrobots, la cantidad de gérmenes presentes en el agua disminuía rápidamente.

Una vez terminada esa sesión, para demostrar la reusabilidad de los microrrobots los científicos los recogieron utilizando un imán permanente. Después, recurrieron a una terapia de ultrasonidos para separar todos los gérmenes adheridos a los trozos de plástico, y se sometieron a esos organismos a una descarga de luz ultravioleta para eliminarlos por completo.

Cuando los robots descontaminados volvieron a utilizarse, recogieron tanto microplásticos como bacterias, aunque habían perdido parte de su eficacia, uno de los aspectos en los que deberá mejorarse el sistema antes de su posible fabricación en serie y comercialización como solución para descontaminar el agua.

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Los investigadores señalan que esta solución con enjambres microrrobóticos es un primer paso para ofrecer un método potencialmente eficaz para filtrar el agua de microorganismos y residuos, pero asumen que queda un largo camino por delante hasta verlo convertido en realidad a gran escala. De hecho, las expectativas de Pumera y su equipo están puestas en un plazo tan largo como 10 años.