Desarrollan un método rápido y sin contacto para la vigilancia de contaminantes farmacéuticos en rÃos y agua potable
Se trata de una herramienta pionera de detección rápida de ibuprofeno en agua creada gracias a la colaboración entre la Universidad de Sevilla y el Grupo EOD-CBRN de la PolicÃa Nacional
Un equipo cientÃfico formado por investigadores del Departamento de FÃsica Aplicada III y el de la Escuela Técnica Superior de IngenierÃa de la Universidad de Sevilla, en colaboración con el Grupo EOD-CBRN de la PolicÃa Nacional (TEDAX), ha logrado validar una herramienta de vigilancia quÃmica y ambiental excepcionalmente rápida para detectar ibuprofeno en masas de agua. Esta colaboración une la experiencia universitaria en óptica aplicada e ingenierÃa quÃmica con la necesidad operativa de la PolicÃa Nacional de identificar sustancias potencialmente peligrosas de forma no invasiva.
La tecnologÃa propuesta por los investigadores José Manuel Navas GarcÃa, Bernabé Alonso Fariñas y Alejandro Barriga Rivera, que puede describirse como una 'cámara que ve más allá de la luz', captura la información óptica de la muestra mediante una imagen avanzada y separa la señal de las moléculas de interés de la de otras moléculas que coexisten en la muestra. Esto permite identificar compuestos sin necesidad de contacto fÃsico, preparación de la muestra, o uso de reactivos. El avance clave del estudio radica en la combinación la imagen hiperespectral, un tipo de fotografÃa que captura la luz reflejada en el espectro visible e infrarrojo, con una técnica matemática avanzada conocida como la Transformada Wavelet. Esta transformada actúa como un filtro digital potente capaz de separar los detalles que portan información significativa del ruido de la muestra generado por el resto de compuestos quÃmicos.
El estudio validó la eficacia de la tecnologÃa para la detección de ibuprofeno a una concentración crÃtica de 60μg/L. Esta concentración representa un nivel relevante para la monitorización de escenarios ambientales de alto riesgo, la denominada concentración prevista sin efecto, que establece el lÃmite por encima del cual se esperan efectos adversos en un ecosistema. Los investigadores probaron la metodologÃa en diversas matrices lÃquidas, que incluyeron agua embotellada, agua del grifo (de Sevilla), una solución de alcohol etÃlico, y especÃficamente, agua del rÃo Guadalquivir. En el caso del agua de rÃo, siendo esta la matriz más compleja, la detección pasó de una precisión del 55% mediante métodos tradicionales al 100% empleando el procesado computacional diseñado por los investigadores.
Monitorización ambiental futura
Al ser un método rápido y sin necesidad de preparación de muestras, la tecnologÃa desarrollada en la Universidad de Sevilla tiene un enorme potencial para ser desplegado como una herramienta de vigilancia en tiempo real para la detección continua de contaminantes emergentes. Esta metodologÃa tiene potencial para ser embarcada en vehÃculos aéreos autónomos permitiendo asà la monitorización en regiones de difÃcil acceso como pantanos, lagos, y rÃos.
Esta lÃnea de investigación se inició en la Universidad de Sevilla bajo la dirección del catedrático del Departamento de FÃsica Aplicada III, Profesor Emilio Gómez González, fallecido en 2023. Inicialmente, los investigadores desarrollaron métodos para la detección de partÃculas vÃricas, incluyendo el SARS-CoV-2, virus causante de la COVID-19, empleando imagen hiperespectral e inteligencia artificial (en la forma de redes de neuronas artificiales). Los investigadores del grupo de FÃsica Interdisciplinar continúan desarrollando estrategias tecnológicas que ayuden a mejorar la vida de las personas en el ámbito de la tecnologÃa médica.
El riesgo de los contaminantes emergentes
El ibuprofeno, un antiinflamatorio de consumo masivo (con una producción anual reportada de aproximadamente 45.233 toneladas en 2022), es uno de los ingredientes farmacéuticos activos más frecuentemente detectados en agua dulce y salada. Esto se debe a que las plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales solo logran eliminar parcialmente el compuesto, tÃpicamente entre el 30% y el 60%. Esta persistencia convierte al ibuprofeno en un contaminante emergente que, junto a otros medicamentos, representa una amenaza significativa para los ecosistemas y la salud pública, ya que pueden afectar funciones biológicas cruciales en organismos acuáticos, incluso a concentraciones mÃnimas. La necesidad de monitorizar estos compuestos es global, habiéndose detectado ibuprofeno incluso en regiones remotas como la Antártida.
Más allá de los contaminantes: sustancias de riesgo
La colaboración con el Grupo EOD-CBRN de la PolicÃa Nacional (TEDAX), subraya el amplio potencial de este "escáner quÃmico". Esta tecnologÃa funciona identificando la "huella quÃmica" o el código de barras espectral de la sustancia de interés. La capacidad de identificar y cuantificar compuestos quÃmicos en fluidos de forma no invasiva, incluso en matrices complejas, tiene una repercusión directa en la seguridad pública, al ofrecer una plataforma para la posible detección rápida de otras sustancias peligrosas o ilÃcitas como podrÃan ser agentes quÃmicos o residuos de explosivos disueltos en fluidos de manera segura y sin contacto.