Nanosensores versus pesticidas químicos en la detección de contaminantes en agua y cultivos

Un implemento químico, usado como pesticida y plaguicida, puede causar serias irritaciones y alteraciones en la salud humana, además de resultar un tóxico muy difícil de detectar y perjudicial para el medio ambiente. Un equipo de la Universidad Pablo de Olavide emplea nanosensores que detectan contaminantes en agua y cultivos, sin ejercer daños medioambientales. Como colofón, estas técnicas son más baratas y efectivas que los métodos tradicionales ya mencionados, a base de químicos.

La lucha que hermana a la ciencia con el campo se fortalece cada vez más. Hoy en día, se persigue cómo sustituir los componentes químicos propios de los pesticidas por otros más orgánicos que resulten menos contaminantes a nivel ambiental y menos tóxicos para el ser humano.

Por este motivo, un equipo cualificado de científicos andaluces ha patentado un sistema de obtención de nanopartículas de metales con la finalidad exclusiva de poder detectar contaminantes orgánicos del calibre de los pesticidas. Se trata de una iniciativa científica surgida de la mano de la sevillana Universidad Pablo de Olavide (UPO), conducida por la investigadora Ana Paula Zaderenko, quien nos comenta que a medida que se conocen los efectos a largo plazo de determinados herbicidas tanto sobre la salud como sobre el medio ambiente, se va modificando la legislación sobre su uso y emisión, haciéndola más restrictiva. En consecuencia, surge la necesidad de desarrollar técnicas que permitan detectar concentraciones cada vez más pequeñas de estas sustancias. “Nuestra investigación se inició con el diurón, un herbicida muy empleado, y cuyo uso como fitosanitario ha sido revisado en los últimos años por la Unión Europea”, apunta Zaderenko.

Resulta que la novedad más importante que se logra con este experimento nanoestructurado es medir compuestos contaminantes que otro tipo de sensores no son capaces de mostrar. Es el caso del diurón, un herbicida de uso generalizado en Europa, que se emplea en cultivos muy diversos, tales como el algodón, el espárrago o los frutales de semilla. En España, y más concretamente en Andalucía, se utiliza en olivares y cultivos de cítricos, muy abundantes en la zona.

“El problema de este tipo de sustancias es que son muy estables y, por lo tanto, actúan como contaminantes muy persistentes en el medio ambiente que, tras llegar a las aguas superficiales, se acumulan en las subterráneas”, explica la investigadora. Sin embargo, gracias a las nuevas normativas más restrictivas, y al buen hacer de los agricultores modernos, se ha registrado una disminución en la concentración de diurón en las aguas superficiales en los últimos años, según datos del Departamento de Sistemas Físicos, Químicos y Naturales de la UPO. “No obstante, puesto que se trata de un contaminante persistente, el control debe ser estricto, no podemos bajar la guardia”, enfatiza.

El proceso que ha desarrollado este equipo se basa en unos sensores de nanopartículas metálicas (oro, plata, cobre, aluminio o paladio), que a través de técnicas de análisis de Espectroscopias Amplificadas en Superficie, logran detectar y amplificar las señales de los espectros de Raman e infrarrojo de sustancias como el diurón. “Para hacer el sensor, depositamos sobre un sustrato adecuado las nanopartículas metálicas y sobre éstas, la muestra a medir”, ejemplifica Zaderenko. “Nuestras nanopartículas actúan como pequeñas antenas, permitiendo la detección de cantidades traza (muy pequeñas) del compuesto”.

Esto ocurre porque las nanopartículas metálicas pueden amplificar los campos electromagnéticos que inciden en ellas, por lo tanto, la señal de su espectro se agiganta y se detectan las moléculas orgánicas e inorgánicas en bajas concentraciones.

En el ámbito de la salud humana, este proyecto adquiere una importancia inusitada, ya que la exposición continua al diurón puede producir irritación en los ojos, en la piel y en las mucosas, así como alteraciones molestas en el tracto urinario, respiratorio y gastrointestinal (con náuseas, vómitos y diarrea). Incluso, demasiada exposición a este tóxico puede intervenir en alteraciones en la sangre como la metahemoglobinemia, que daña la hemoglobina incapacitándola para transportar oxígeno, o en posibles tipos de cáncer.

Las Directivas aprobadas para regular el diurón han zigzagueado entre la prohibición y la permisividad en los últimos años, como nos relata Ana Paula Zaderenko. “En el año 2007, la UE excluyó al diurón de la Directiva relativa a la comercialización de productos fitosanitarios, pero en el año 2008, después de estudiar esta sustancia, se volvió a incluir en la Directiva. Sin embargo, se restringió su uso autorizando cantidades menores”.

La Directiva del año 2008 establece que el diurón sólo se puede autorizar como herbicida en cantidades no superiores a los 0,5 kg/ha (de media por área). Su emisión al medio ambiente también está restringida: los umbrales de emisión de diurón establecidos por Real Decreto son de 1kg/año en agua y suelos.

El principal logro de esta investigación es que, con anterioridad, el hecho de analizar algunos pesticidas y plaguicidas solo era posible gracias a técnicas de cromatografía acoplada a espectrometría de masas de alta resolución, extremadamente caras y que requieren un laborioso preparado de muestras. Por el contrario, trabajar con Raman e infrarroja supone una gran alternativa al método tradicional ya que es más económico y no precisa tareas de mantenimiento. “La ventaja que ofrece la tecnología que hemos desarrollado, reside en que permitiría a la pequeña y mediana empresa llevar a cabo un seguimiento interno de sus emisiones, lo que facilitaría el cumplimiento de la normativa vigente ya que las dosis de fitosanitario se podrían ajustar de forma rápida y más precisa, en función de los niveles presentes en las emisiones”, afirma Zaderenko.

Esta investigación, que contó con la cooperación del MARM, de la Confederación Hidrográfica del Guadalquivir y de la Junta de Andalucía conlleva una rapidez de análisis, alta sensibilidad y selectividad en la detección que la convierten en un “atractivo reclamo para empresas del sector agroalimentario como las de olivares y cítricos y para el medioambiente, por su utilidad en el análisis de aguas y cultivos”, asegura la investigadora de la UPO. A partir de aquí, la investigación de dirige, según Ana Paula Zaderenko, al desarrollo de nanopartículas con capacidad fotocatalítica, destinadas a la destrucción de contaminantes orgánicos persistentes, como el diurón.