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Innovadora prueba rápida para el monitoreo de los “químicos eternos”

Sobre el blog

Fernando Arbe Falcón
INGENIERO AGRICOLA con experiencia en tecnología de la información y comunicaciones. He participado en proyectos de Agua y Saneamiento Rural en Perú. Actualmente me desempeño como redactor de contenidos.
  • Innovadora prueba rápida monitoreo “químicos eternos”

Las sustancias per y polifluoroalquiladas (PFAS, por sus siglas en inglés) son un grupo grande y complejo de químicos sintéticos que se emplean en todo el mundo desde la década de 1950. Estos pueden encontrarse en una variedad de productos que incluyen ropa, muebles, adhesivos, envases de alimentos, superficies de cocción antiadherentes resistentes al calor y el aislamiento de cables eléctricos.

Un estudio no exhaustivo demuestra que las PFAS se utilizan en casi todas las ramas de la industria y en muchos productos de consumo, identificándose más de 200 categorías y subcategorías de uso para más de 1400 PFAS individuales [1].

Las propiedades únicas del enlace carbono-flúor hacen que estas sustancias sean estables y resistentes a la degradación en el medio ambiente, lo que les ha valido el sobrenombre de "químicos eternos".

Efectos sobre la salud

Las PFAS son muy útiles, incluso algunas de ellas son consideradas esenciales. Sin embargo, hay estudios epidemiológicos que muestran asociaciones de estos químicos con problemas de salud tales como: peso reducido al nacer, un mayor riesgo de cáncer de mama y una tolerancia alterada a la glucosa. Además, estudios en animales muestran efectos adversos sobre la función inmune, hepática, tiroidea y pancreática [2].

Un hecho relevante es que las PFAS tienen la capacidad de acumularse en organismos vivos, incluidos los humanos. Desde 1999, los científicos del CDC en Estados Unidos hacen mediciones de estos químicos en poblaciones humanas, habiéndose descubierto hasta cuatro de estas sustancias en el suero sanguíneo de casi todas las personas analizadas. Esto indica una exposición generalizada de la población estadounidense a estas PFAS [3].

Forma de ingreso al organismo

Las principales vías por las cuales las PFAS ingresan al cuerpo humano son los comestibles y el agua potable [2]. Las PFAS pueden contaminar los alimentos durante su elaboración mediante el uso de envases, de equipos de procesamiento y de agua que contengan estos químicos.

Además, las PFAS contenidas en el agua del suelo pueden migrar a los cultivos, los mariscos y otras fuentes de alimentos, lo que provoca exposición humana al consumirlas.

El monitoreo de las PFAS es costoso

La preocupación de las autoridades por el efecto de las PFAS en la salud pública se traduce en la implementación de regulaciones estrictas sobre su empleo por la industria, así como el monitoreo de las fuentes de agua. La reciente Directiva de agua potable de la UE (EU DWD 2020/2184) es un ejemplo de esto último. Asimismo, el 14 de marzo de 2023, la EPA anunció la propuesta de Regulación Nacional Primaria de Agua Potable (NPDWR) para seis PFAS [4].

Hay varios métodos que permiten detectar la presencia de PFAS en el agua, siendo la cromatografía líquida y espectrometría de masas el más empleado [5]. Sin embargo, estos requieren mucho tiempo, son costosos, exigen personal bien capacitado y deben realizarse en entornos de laboratorio.

Para ampliar la cobertura de las pruebas y la discriminación de fuentes (“source attribution”), se necesitan métodos de detección de PFAS rápidos, portátiles, fáciles de usar y de bajo costo que cumplan sólidamente con la precisión exigida por las autoridades.

La aparición de un revolucionario sensor portátil de bajo costo

Con la intención de enfrentar este desafío, un grupo de científicos del MIT desarrolló un sensor de bajo costo capaz, no solo de detectar, sino de medir el contenido de PFAS en los rangos exigidos por la EPA. A fin de asegurar portabilidad y facilidad de operación, este dispositivo utiliza la tecnología de flujo lateral (LFA), similar a la de las pruebas rápidas de Covid-19 (figura 1). El anuncio fue publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) el 12 de marzo del 2024 [6].


Fig. 1 Un dispositivo LFA permite detectar rápidamente la presencia de productos químicos y otras sustancias (analitos), si su cantidad ha superado cierto nivel, en muestras líquidas de fuentes biológicas, ambientales y de otro tipo. La prueba consiste en aplicar una muestra en la entrada del dispositivo y al cabo unos instantes aparecerá una línea visible en la banda reactiva “T” que indicará un resultado positivo de existir el analito. La banda reactiva “C” indica la validez de la prueba.


Un aspecto destacable es que el sensor convierte los resultados en señales eléctricas que pueden ser leídas y transmitidas mediante un teléfono inteligente, reduciendo el error por interpretación visual. De allí que los investigadores denominen al dispositivo e-LFA.

Cómo funciona

Las LFA, por lo general, emplean una banda reactiva recubierta con anticuerpos capaz de cambiar de color ante la presencia de la sustancia buscada (analito). Sin embargo, en el nuevo sensor esta banda está constituida por un polímero especial conocido como polianilina (PANI), que puede cambiar entre estados semiconductor y conductor cuando se agregan protones al material.

En el momento en que las PFAS entran en contacto con la banda reactiva, los protones de estos son atraídos hacia la polianilina y la convierten en un conductor, reduciendo la resistencia eléctrica del material. Este cambio en la resistencia es captado por unos electrodos y transmitidos a un instrumento o a un teléfono inteligente, permitiéndonos una lectura de la cantidad de PFAS presente, tal como se muestra en la figura 2.


Fig 2 (A) Fotografía del ensayo del PANI sobre un papel filtro. (B) Esquema del dispositivo de medición usando un arreglo de electrodos. Adaptado de [6].   


Esta nueva tecnología de detección contribuye significativamente a los esfuerzos desplegados para reducir la propagación de los “químicos eternos” así como mitigar sus efectos. Nos proporciona un medio económico y simple para monitorear estos contaminantes.

____________________________________

[1] Glüge, J.; Et Al. An overview of the uses of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS). Environ. Sci.: Processes Impacts. 2020,22, 2345-2373. doi: 10.1039/D0EM00291G

[2] Cserbik, D.; Et Al. Human exposure to per- and polyfluoroalkyl substances and other emerging contaminants in drinking water. npj Clean Water. 2023, 6, 16. doi: 10.1038/s41545-023-00236-y

[3] Centers for Disease Control and Prevention. Per- and Polyfluorinated Substances (PFAS) Factsheet. CDC [online]. N.d. [accessed 27 March 2024] Retrieved from: https://www.cdc.gov/biomonitoring/PFAS_FactSheet.html#:~:text=The%20per%....

[4] United States Environment Protection Agency. Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) Proposed PFAS National Primary Drinking Water Regulation. EPA [online]. 13 March 2024. [accessed 27 March 2024] Retrieved from: https://www.epa.gov/sdwa/and-polyfluoroalkyl-substances-pfas#:~:text=On%...)%2C%20perfluorohexane

[5] Chromatography Today. What Instruments Are Used to Measure PFAS. Chromatography Today [online]. O2 May 2023. [accessed 27 March 2024] Retrieved from: https://www.chromatographytoday.com/news/lc-ms/48/international-labmate-...

[6] Park, S.; Et Al. Resistivity detection of perfluoroalkyl substances with fluorous polyaniline in an electrical lateral flow sensor. PNAS. 2024, 121 (12) e2317300121. doi: 10.1073/pnas.2317300121