Esferas de quitosán: Tecnología que combate la contaminación de aguas residuales, surge de laboratorios de la FES Cuautitlán

* La idea surge porque queríamos tratar procesos para limpiar las aguas y, con ello, lograr el cuidado del medio ambiente, destaca la doctora Miranda Castro

El exoesqueleto de una mantis, principio de extracción de quitina. Fotos: FESC

Martes 13 de octubre de 2015

En la actualidad, se sabe que el impacto del hombre en el medio ambiente ha ocasionado una contaminación excesiva y la sobreexplotación desmesurada y sin restricción de recursos naturales. En respuesta, investigadores preocupados por las problemáticas que aquejan a nuestro planeta, desarrollan tecnologías que buscan contrarrestar la creciente crisis ambiental.

Una de estas innovaciones surgió de los laboratorios de la FES Cuautitlán, en el laboratorio de Biotecnología de Campo Uno. En éste, la doctora Patricia Miranda Castro, doctora en Biotecnología, y el licenciado José Luis Hidalgo Vicelis, egresado de la primera generación de la carrera en Tecnología de la FESC, crearon esferas de quitosán capaces de capturar materiales contaminantes de las aguas residuales.

Múltiples usos: propiedad de la quitina

Con aproximadamente 23 años en la investigación del polímero de quitina y quitosán, la doctora Miranda Castro encontró en este componente una solución a múltiples problemas. Todo inició con su extracción del caparazón de camarones y algunos crustáceos; hoy, este procedimiento es una de las patentes con las que cuenta la UNAM.

Una de las particularidades de las esferas es que pueden ser reutilizadas, puesto que el metal puede ser sacado.

Cabe mencionar que la quitina es un biopolímero constituyente del exoesqueleto de los artrópodos, el más grande y diverso grupo de animales en el planeta, por lo que se halla abundantemente en la naturaleza, en organismos como los insectos o los crustáceos, entre otros.

La extracción de quitina (posteriormente transformada en quitosán), consiste en separar este compuesto de los caparazones de los crustáceos, eliminando, para tal efecto, minerales, proteínas y grasas. Con este proceso, la doctora Miranda adquiere la quitina más pura, ya que a partir de ésta, y en particular del quitosán, se ha incursionado en áreas de la salud y agricultura.

Algunas de las aplicaciones se han dado en la Medicina, en la regeneración de piel humana por úlceras o quemaduras; en el ámbito de alimentos, con la conservación de frutos y vegetales, evitando su pudrición y alargando su vida útil; además, en el maíz se consigue que actúe como productor de defensas y fuente de nitrógeno y carbono. Sin embargo, la amplitud de usos del quitosán va más allá, por ejemplo, como alternativa al tratamiento de aguas.

La manera en cómo las esferas remueven los metales del agua

Las esferas descontaminantes

El gran problema con las aguas residuales es el grado de contaminación que representan en el ambiente; y es que su calidad se ve afectada por distintas circunstancias, la industria o la influencia doméstica. Ante ello, la doctora Miranda y el licenciado Hidalgo decidieron crear un producto que mejorara la calidad del medio ambiente, en este caso, de las aguas residuales: “la idea surgió porque queríamos tratar procesos para limpiar las aguas y, con ello, lograr el cuidado del medio ambiente”, destaca la doctora Miranda. 

En un primer acercamiento se consideró la posibilidad de descontaminar las aguas residuales mediante películas o esponjas de quitosán hasta ahora elaboradas en la facultad. No obstante, por las características superficiales de las esferas, se optó por éstas debido a su mejor y mayor amplitud de contacto.

Estas esferas de quitosán pueden atraer otras moléculas de carga contraria, por lo que antes de su desarrollo se puso al quitosán en contacto con el mercurio; posteriormente se realizó la gelación de las mismas mediante un procedimiento de goteo logrado a través de un contraión, lo que imprimió molecularmente el metal estudiado.

Tan sólo en México —puntualiza la doctora— las exhalaciones del volcán Popocatépetl expiden cenizas que contienen un cúmulo de metales diversos que entran en contacto con los mantos acuíferos, afectando tanto a los seres vivos de ese hábitat como al ser humano que consume un pescado contaminado. Así, se pensó en el mercurio (Hg), por ser de los metales más tóxicos.

“Pensamos en el mercurio porque es uno de los metales pesados que puede encontrase en el entorno global: en la litosfera, hidrósfera, atmósfera y biósfera”, asegura la biotecnóloga al respecto, quien aclara que este elemento es mutágeno, esteratógeno y carcinógeno, es decir, provoca alteraciones genéticas, malformaciones durante el embarazo y aumenta las probabilidades de desarrollar cáncer.

La doctora Patricia Miranda, demostrando el modo de aplicación de las esferas en el agua: la agitación

Ya durante las pruebas de laboratorio se diseñó agua que tuviera mil veces más mercurio que el permitido en la Norma en aguas residuales contaminadas. “Se comprobó que la captación del mercurio por las esferas fue del 99. 98 %”, puntualizó la doctora Miranda. El agua fue casi completamente descontaminada.

En su interior, como explica la doctora, la esfera presenta huecos, cuyos espacios captan el mercurio: “Así diseñamos estas esferas, para que en su interior tuvieran el espacio correcto para capturar el metal”, subraya la doctora Miranda. Lo anterior se debe a la forma en cómo estas esferas fueron elaboradas: a partir del fenómeno denominado molecular imprinting, o impresión molecular.

Por tanto, la elaboración de las esferas es una solución viable para descontaminar las aguas residuales. De hecho, no sólo capturan metales como éste o el cobre (del que también se obtuvo una experimentación exitosa), ya que el quitosán, cuando es aplicado en solución, coagula la materia orgánica.

El alcance del quitosán a futuro

Este trabajo conlleva un importante logro en materia ambiental. Gracias  al desarrollo de estas esferas es posible la captación de metales como mercurio y cobre de las aguas residuales. Aunque de momento su aplicación esté dentro de un laboratorio, los alcances de las pruebas realizadas solucionan uno de los muchos problemas ambientales.

Y es que el impacto de esta innovación yace en los múltiples beneficios que trae al ser una solución al problema de contaminación de las aguas residuales: los sectores ambiental, económico y salud, de los más favorecidos, por lo que es momento de que otro tipo de sectores apoyen iniciativas como éstas, preocupadas por el bienestar del mundo en general.

El futuro de la investigación, así lo asegura la doctora Miranda, será obtener la quitina de otras fuentes, “porque, dependiendo de su tamaño y grado de desacetilación, se pueden tener distintas aplicaciones”. En este punto, la participación de estudiantes con niveles de posgrados es muy importante, porque de sus investigaciones dependerá el progreso de esta línea de innovación.