El invento ganador del Stockholm Water Prize Jr podría cambiar el tratamiento del agua potable

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    Ganadores del Stockholm Water Prize Jr

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Uno no imaginaría que el grafito que contiene un lápiz podría llevar a un invento que detecta y elimina las bacterias nocivas del agua. Pero eso es exactamente lo que han logrado los ganadores del Premio Junior del Agua de Estocolmo 2017. Sepa cómo su sistema de rápida acción podría cambiar la forma en que se prueba y trata el agua.

Ryan Thorpe y Rachel Chang se conocen desde que cursaban preescolar. Hoy, con 17 años, acaban de ganar el Premio Junior del Agua de Estocolmo por un sistema que utiliza biosensores para detectar colonias individuales de cuatro de las bacterias patógenas más comunes presentes en el agua.

Thorpe y Chang son actualmente alumnos que cursan el último año en el Manhasset Secondary School de Long Island, Nueva York. Impeller los entrevistó durante la Semana Mundial del Agua en Estocolmo, tras haber ganado el premio.

¿Qué se siente ser el ganador?

Chang: Es realmente increíble, es la sensación más asombrosa del mundo, especialmente porque todos los proyectos que se presentaron son tan buenos. Alzarse como ganador es simplemente una sensación asombrosa.

Thorpe: Fue una semana increíble; fue tan divertida y tan llena de experiencias que la recordaré durante toda mi vida. No podría haber imaginado un final mejor.

¿Podrías explicarnos en qué consiste su sistema?

Chang: Creamos un sistema para detectar y purificar el agua contaminada con bacterias. Trabajamos con Escherichia coli, Shigella, Vibrio cholerae y Salmonella, las bacterias que causan algunas de las enfermedades transmitidas por el agua más comunes hoy en día. Creamos biosensores de grafeno, que generan una señal eléctrica cuando la bacteria entra en contacto con ellos. Mediante la lectura de la corriente eléctrica en una pantalla, podemos determinar la presencia de una bacteria.

¿Qué es el grafeno?

"Creamos un sistema para detectar y purificar el agua contaminada con bacterias"

Chang: El grafeno es una forma de carbono. Obtuvimos nuestro grafeno de la mina de los lápices, es decir, el grafito que está en su interior. Ese es uno de los elementos de nuestro proyecto que lo hace rentable, suponiendo que tuviera que implementarse en los países en desarrollo. El grafeno también es un material de alta conductividad, lo que nos permite detectar las bacterias rápidamente.

Thorpe: Para la purificación utilizamos microprocesadores Arduino, que son, en esencia, piezas de computadora que uno puede codificar para realizar una amplia gama de tareas. Lo mejor de los microprocesadores Arduino es que existe una fantástica comunidad que trabaja con ellos y dispone de abundante información, lo que permite aprender con mucha rapidez. Codificamos los procesadores Arduino para controlar un motor, de manera que cuando detectamos las bacterias, este inyecta las sustancias químicas en el agua y elimina de forma segura y eficiente las bacterias presentes.

¿El biosensor de grafeno está dentro del agua?

Chang: El sensor tiene el aspecto de un pequeño cuadrado plano. Debido a que trabajamos en el laboratorio de una escuela secundaria durante todo el proceso, tuvimos que utilizar pintura al agua, en lugar de la típica pintura a base de plata. Ello significó que solo podíamos colocar pequeñas muestras de agua sobre el sensor. En el futuro, si pudiéramos continuar con este proyecto en un laboratorio más profesional, todo el sensor se sumergiría en una fuente de agua, lo que permitiría controlar permanentemente la presencia de bacterias in situ.

Thorpe: Nuestro sensor está conectado a un instrumento de medición, que, a su vez, está conectado a una computadora que muestra los resultados en una pantalla. Lo que se aprecia es un gráfico bidimensional. Si no hay bacterias en el agua, aparece una línea roja que se mantiene constante. Cuando hay bacterias en el agua, la corriente eléctrica fluctúa.

¿Un solo sensor detecta los cuatro tipos de bacterias?

Thorpe: Desarrollamos cuatro biosensores distintos. Cada uno de los biosensores detecta el organismo modelo para cada uno de los cuatro patógenos bacterianos principales. Debido a que estos patógenos bacterianos producen compuestos específicos distintos, por ejemplo, Escherichia coli produce D-lactato, a diferencia de Shigella, que produce glicerol, es posible identificar de qué bacteria se trata y determinar su presencia.

¿Qué tan rápido funciona?

"Debido a que trabajamos en el laboratorio de una escuela secundaria durante todo el proceso, tuvimos que utilizar pintura al agua, en lugar de la típica pintura a base de plata"

Chang: La detección se produce de forma instantánea. Apenas se coloca la muestra en el biosensor, la corriente eléctrica empieza a cambiar al detectar la presencia de la bacteria. Esto ocurre de forma instantánea. La purificación tarda unos diez segundos en eliminar la bacteria.

¿Qué usan para eliminar las bacterias?

Thorpe: Utilizamos hidróxido de sodio y peróxido de hidrógeno. En estudios previos se ha demostrado que el peróxido de hidrógeno ocasiona un aumento considerable de la alcalinidad. Crea radicales hidroxilos, que son compuestos que se utilizan para sustituir el cloro. Aunque el cloro puede remover una amplia variedad de organismos, en algunos casos sigue siendo problemático para el consumo humano. Lo bueno de los radicales hidroxilos es que los subproductos que forman son completamente seguros y tienen una vida útil muy corta. Matan una amplia variedad de materia orgánica de forma muy rápida; sin embargo, después de eso se vuelven inactivos, de modo que son seguros para el consumo.

¿Cómo podría utilizarse su sistema en distintas aplicaciones?

Thorpe: Este dispositivo puede utilizarse para los procesos de identificación y purificación inmediata. Realmente tiene una amplia gama de aplicaciones, tanto en los países desarrollados como en los que están en vías de desarrollo. Puede colocarse in situ en una fuente de agua potable en los países en desarrollo, y también en las redes de tuberías de los países desarrollados.

¿En qué se diferencia su método de lo que normalmente se hace?

Chang: Para la detección, la PCR (reacción en cadena de la polimerasa) es el método convencional que se utiliza. Esta técnica amplifica el ADN de la bacteria y la detecta, lo que requiere experiencia de laboratorio y es realmente difícil y muy costosa. El equipo que se necesita para aplicar esta técnica cuesta alrededor de $5.000, y es necesario seguir adquiriendo nuevo material para mantenerlo en funcionamiento. Nuestro sistema es mucho más sencillo para el usuario, mucho más económico y capaz de detectar cantidades mucho más reducidas de bacterias de forma instantánea.

"Este dispositivo puede utilizarse para los procesos de identificación y purificación inmediata"

¿Cómo se interesaron en el tratamiento del agua?

Chang: Siempre he sentido verdadero interés y pasión por el medio ambiente. En una ocasión, leí un artículo periodístico sobre los métodos estándar de detección de bacterias, que pueden tomar de uno a dos días, e incluso hasta una semana. Estos métodos también tienen límites de detección de hasta 1.000 colonias de bacterias, pero la Organización Mundial de la Salud señala que incluso una sola colonia de bacterias en 100 ml de agua representa un peligro para la salud. Por ello, realmente deseaba crear un sistema que mejorara estos métodos, y ser capaz de alcanzar los niveles previstos por la Organización Mundial de la Salud y ampliar el acceso al agua limpia.

Thorpe: Realmente me interesaba el tema de la escasez de agua, y el hecho de que muchos artículos señalan que la escasez de agua será la próxima fuente de un conflicto mundial. Descubrí este interés específico porque cada año nuestra escuela secundaria crea un cuasirevista a la que las personas remiten los resúmenes de sus investigaciones. Estaba revisando números muy antiguos, y reparé en la palabra “biosensor”; las revistas más recientes no la mencionaban, así que la busqué. En pocas palabras, lo que un biosensor hace es tomar algo que no podemos ver y convertirlo en un estímulo que podemos ver, y realmente me gusta esa idea.

¿Tienen algo más que deseen agregar?

Chang: Creo que todos podemos causar un impacto positivo. Incluso si solo se tratara de cerrar un caño y asegurarse de que no gotee, eso ahorraría millones de litros de agua si todos lo hicieran. Todos unidos podemos causar un impacto positivo con el agua.

Thorpe: Las soluciones están allí, si realmente lo intentas. Si simplemente te sientas y elaboras una lista de todas las soluciones posibles a un problema, e intentas descubrir cuál es la mejor, podrás resolverlo.

Chang: El trabajo arduo y la perseverancia definitivamente rinden sus frutos.

Noticia publicada originalmente en Impeller y reproducido aquí con expresa autorización.​

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