En la naturaleza, la interacción de moléculas en el límite de diferentes líquidos puede dar lugar a nuevas estructuras. Estas moléculas autoensambladas hacen posible la formación de células y son fundamentales para el desarrollo de toda la vida en la Tierra. También pueden diseñarse para realizar funciones específicas, y ahora, un equipo de investigadores de Penn State ha aprovechado esta oportunidad para desarrollar un material que podría eliminar los contaminantes persistentes del agua. Los investigadores publicaron recientemente sus hallazgos en Advanced Functional Materials.
«Nos inspiramos en los sistemas biológicos para ver si podemos hacer que surjan fenómenos similares con moléculas no biológicas«, comenta Scott Medina, profesor asistente de ingeniería biomédica y autor del artículo.
Para su experimento, los investigadores optaron por incorporar flúor ─un elemento que no se encuentra comúnmente en la naturaleza─ en un aminoácido y mezclarlo con un aceite fluorado para guiar su organización molecular. El equipo agregó el aceite fluorado al agua, donde formó una gota compuesta por la gota de flúor rodeada por una capa de aminoácidos. Cuando los investigadores invirtieron el vial para exponer la perla al aire, los componentes de la perla se reorganizaron para formar una película. Compuesto por una fina capa de aceite fluorado rodeada por dos capas de estructuras cristalinas de aminoácidos microscópicos, esta película podría reorganizarse en la perla cuando se agita y llevar consigo otras moléculas fluoradas.
Las moléculas que contienen flúor entran en las aguas residuales y el suelo, se abren camino hacia el agua potable y los alimentos, y los consumimos, y nuestros cuerpos tampoco las degradan muy bien
«Los flúores no funcionan bien con otros, por lo que si los combina, hay interacciones muy fuertes«, afirma Medina. «Los contaminantes fluorados en el agua quieren separarse del agua y encontrar otra materia rica en flúor«.
Este fenómeno, y la capacidad del compuesto para cambiar entre un estado de película y una forma de perla, despertó el interés de los investigadores en captura de contaminantes. Las sustancias perfluoroalquilo y polifluoroalquilo (PFAS) son sustancias químicas artificiales que contienen flúor y que se utilizan normalmente en la fabricación de productos repelentes al agua o a la grasa. Su estructura molecular les permite acumularse en el medio ambiente y el cuerpo humano de forma permanente.
«La naturaleza no ha desarrollado formas de descomponer las moléculas que contienen flúor de manera eficiente, por lo que estos compuestos se quedan presentes mucho tiempo«, asegura Medina. «Entran en las aguas residuales y el suelo, se abren camino hacia el agua potable y los alimentos, y los consumimos, y nuestros cuerpos tampoco las degradan muy bien«.
«Este material también podría tener mucha utilidad en otras áreas«
Para probar el potencial del nuevo compuesto para la captura de sustancias perfluoroalquiladas (PFAS), los investigadores agregaron agua contaminada a un recipiente de plástico recubierto con su película de aminoácidos fluorados. La película capturó sustancias PFAS en dos horas y pudo retenerlas hasta por 24 horas. A partir de esta etapa, la película que contiene PFAS se agita para transformarse en una perla cohesiva que podría recogerse fácilmente del agua ahora purificada.
Los investigadores planean explorar más a fondo estas capacidades de extracción de contaminantes, investigando no sólo la purificación del agua, sino también el potencial de recolectar compuestos del aire. Con más investigación sobre sus aplicaciones, el compuesto fluorado podría convertirse en una herramienta de eliminación de contaminantes de usos múltiples para su aplicación en una variedad de entornos.
«Se está haciendo un gran esfuerzo para investigar la toxicología de las PFAS y cómo regularlas«, concluye Medina. «Este material podría implementarse para eliminar las PFAS del agua potable, y creemos que también podría tener mucha utilidad en otras áreas«.
Fuente: Advanced Functional Materials.
