A metodoloxía analítica convencional para detectar contaminantes químicos en ecosistemas marítimos implica certa rixidez no proceso, xa que as mostras se recollen in situ pero deben ser transportadas a laboratorios en terra para a súa análise. Este procedemento só permite unha información a tempos fixos e poden xurdir erros na estabilización e conservación de mostras, ademais do feito de que se traballa con instrumentación centralizada de alto custo de adquisición e mantemento e persoal técnico altamente cualificado. Fronte a esta metodoloxía xurdiron nos últimos tempos o que se deu en chamar miniaturización dos sistemas analíticos con deseños máis robustos e transportables, que permiten a monitorización no propio lugar e en tempo real dos diferentes parámetros químicos de interese. Unha destas propostas é a que está a deseñar o grupo QA2 (Química Analítica Ambiental e Toxicoloxía), pertencente ao Departamento de Química Analítica e Alimentaria, integrado no Centro de Investigación Mariña da Universidade de Vigo, e coordinado polo investigador Carlos Bendicho no marco do proxecto Sistemas analíticos innovadores baseados en receptores nanoestruturados sobre substratos (nano)celulósicos para a detección de sustancias de interese ambiental. O estudo, seleccionado dentro da Convocatoria Retos de Investigación do Ministerio de Ciencia, Innovación, ten catro anos de duración e baséase no emprego de substratos de celulosa como material para o deseño e construción de novos sensores (paper-based analytical devices ou PADs).

Estes sensores desbotables poden empregarse onde se requira, é dicir, fóra de laboratorios centralizados, e en situacións onde exista unha limitación de recursos económicos, permitindo así democratizar a detección de sustancias de interese e facela posible en diferentes contextos socio-económicos. “A portabilidade, rapidez de resposta e baixo custo xogan aquí un papel preponderante. En definitiva, este tipo de sensores poden contribuír a unha mellor avaliación dos riscos de exposición e facilitar unha toma de decisións máis eficaz”, explica o catedrático Carlos Bendicho. A estas vantaxes súmase o feito de que contribúen a diminuír o consumo de mostra, reactivos, e en definitiva, de enerxía, en consonancia coas tendencias actuais da química verde ou sustentable.

A necesidade de análises in situ
O equipo de investigadores explica que a maioría de sistemas instrumentais que se empregan nos laboratorios non son adecuados, por exemplo, para o seu emprego na contorna dun barco oceanográfico, debido ás condicións de operación (necesidade de gases), requirimentos de enerxía, fraxilidade, complexidade instrumental (espazo), así como sensibilidade a movementos, vibracións, etc. Por iso os investigadores consideran necesario dispor de ferramentas adecuadas que permitan monitorizar de forma rápida e eficaz a concentración de contaminantes químicos na atmosfera, auga, chans e sedimentos, etc. Con todo, remarcan que o proxecto non ten como obxectivo substituír a instrumentación analítica centralizada senón complementala, “poñendo a énfase en aspectos vantaxosos como a capacidade de análise on-site, o control de rutina que permita monitorizar grandes áreas xeográficas de forma sinxela e a implicación dos cidadáns nunha protección máis efectiva do medioambiente e da saúde”.

Vantaxes fronte a outros sensores
O funcionamento destes novos sensores PADs baséanse na inmobilización de receptores (nanopartículas plasmónicas, puntos cuánticos fluorescentes de carbono, cromóforos orgánicos, etc.) como base para o recoñecemento selectivo das substancias e lévase a cabo a súa integración nun dispositivo de microseparación para realizar a sensibilidade e a selectividade. Como remarca Bendicho, “a diferenza de sensores construídos con outros substratos como os polímeros plásticos, o interese dos PADs estriba na súa natureza hidrofílica, na facilidade de fabricación, o baixo custo, o uso desbotables e a biodegrabilidade”. O proxecto estase ademais desenvolvendo en colaboración con investigadores doutros países europeos no contexto do programa COST da acción europea (European network for the promotion of portable, affordable and simple analytical platforms).

No campo ambiental, os PADs poden facilitar as medidas en lugares remotos e estudar a distribución temporal e espacial de diversos contaminantes con obxecto de determinar eficientemente as súas fontes, distribución e impacto ambiental. Os PADs desenvoltos poden ter aplicacións prácticas en estudos de contaminación de ecosistemas acuáticos (ríos, lagos, augas subterráneas), medioambiente mariño (rias e estuarios na costa Galega), estudos en focos de contaminación producidos pola industria, barcos oceanográficos, explotacións mineiras próximas a leitos fluviais, mobilización de contaminantes debido a incendios forestais, etc.

Varias plataformas
No marco do proxecto xa se deseñaron varias plataformas de celulosa para a detección de arsénico, boro, mercurio, ioduro, nitrito e sulfuro en varios tipos de augas, incluíndo auga de mar. A detección no PAD realízase finalmente a través de medidas colorimétricas ou fluorescentes, levando a cabo primeiro a dixitalización da imaxe mediante dispositivos das tecnoloxías da información e as comunicación (TICs) como escáneres de man, cámaras de móbil ou tablet, e posteriormente procesando o sinal mediante software (por exemplo, o software de dominio público ImageJ).