Como estudiante de doctorado en la Universidad de Harvard, el ingeniero Sindy KY Tang estudió con el famoso químico George M. Whitesides, un pionero en nanociencia, un campo que ahora informa todo, desde la electrónica hasta el diagnóstico médico. Mientras Tang estaba en su equipo, Whitesides estuvo involucrado en un proyecto DARPA para encontrar formas de codificar mensajes en bacterias. En el sistema que él y sus colegas desarrollaron, los mensajes podrían codificarse como puntos de bacterias en una placa y decodificarse agregando un agente químico particular que, cuando se encontrara con la bacteria, causaría un brillo fluorescente. El patrón podría traducirse para revelar un mensaje secreto.
Cuatro años más tarde, Tang aplica esa misma idea en su laboratorio en Stanford, donde es profesora asistente de ingeniería mecánica. Pero en lugar de enviar mensajes de un lado a otro, está usando química para detectar contaminantes en el agua. Cuando se arroja a una corriente o pozo, su dispositivo, un prototipo que se describió recientemente en la revista Lab on a Chip, produce un código de barras que indica tanto la concentración como el paradero de los contaminantes, como el plomo, en el agua, sin electricidad.
El dispositivo, que actualmente tiene aproximadamente el tamaño de un dedo meñique, facilita una reacción química controlada a medida que se mueve a través del agua. La carcasa de silicona transparente contiene dos tubos delgados, cada uno lleno de un compuesto de gel. Un extremo de cada tubo se conecta a un depósito que contiene un reactivo químico; el otro extremo está abierto al medio ambiente, por lo que el agua puede filtrarse en el dispositivo.
El químico en el depósito se mueve a través de los tubos de gel a una velocidad predecible. A medida que el dispositivo baja por una corriente, el agua fluye hacia el gel desde el otro lado. Si el producto químico que se está analizando está presente, en este caso inicial, plomo, se produce una reacción, creando una marca insoluble y visible en el tubo. Esas marcas crean un código de barras que los científicos pueden leer para determinar la cantidad y la ubicación del plomo en un suministro de agua en particular.
El equipo de Tang ha realizado con éxito pruebas con dos muestras de agua diferentes, ambas en vasos de precipitados en su laboratorio. Los investigadores agregaron lentamente plomo a las muestras de agua, una del laboratorio y la otra de un obstáculo de agua en el campo de golf de Stanford, y luego pudieron ver sus adiciones codificadas en el sensor después. Sin embargo, antes de que puedan probar las cápsulas en el campo, deberán establecer una forma de recolectarlas después del despliegue. Una posible solución sería agregar pequeñas partículas magnéticas en la carcasa de silicona y usar un imán para extraerlas del otro lado.
En este momento, el sensor todavía no es muy preciso. "Nuestro límite de detección es muy alto, por lo que no podremos detectar [plomo] hasta que ya esté muy concentrado", explica Tang. Y su química solo puede detectar plomo en este momento. Pero, en el futuro, la cápsula podría modificarse para buscar otros contaminantes comunes. La carcasa de silicona podría contener múltiples tubos sintonizados para diferentes contaminantes, como el mercurio y el aluminio, lo que permitiría a los usuarios realizar una detección de amplio espectro en una prueba. Tang enfatiza que el dispositivo sigue siendo solo una prueba de concepto y está lejos de ser implementado. "Queríamos mostrar cómo funcionaría la idea, que puedes usarla y aplicar otra química", dice.
Si tiene éxito, el sistema de Tang resolvería un gran rompecabezas de prueba de agua. El prototipo actual representa la primera vez que alguien puede detectar más de una respuesta de "sí o no" sobre la contaminación por metales pesados en las fuentes de agua. Los métodos actuales, como el control remoto portátil llamado ANDalyze, deben extraer muestras de una fuente de agua para analizarlas. En ese caso, explica, los usuarios pueden identificar la presencia de metales, pero no tienen medios para aislar su fuente en el suministro de agua. Incluso si los sensores pudieran viajar a grietas y fisuras para alcanzar el agua subterránea, la delicadeza de los componentes electrónicos también significa que podrían no sobrevivir bien bajo tierra, donde el calor y la presión aumentan significativamente.
En su tamaño actual, el sensor de Tang podría usarse para encontrar contaminantes y sus fuentes en las corrientes, pero su objetivo final es reducir el sistema a una nanoescala, aproximadamente un milímetro. "La verdadera motivación original estaba en la necesidad de detectar bajo tierra, donde tendrías un agujero o pozo donde no es posible dispersar los sensores y recogerlos en el otro extremo [usando la tecnología actual]", explica. Como Tang le dijo a Stanford News, "Las cápsulas tendrían que ser lo suficientemente pequeñas como para caber a través de las grietas en las capas de roca, y lo suficientemente robustas como para sobrevivir al calor, la presión y el duro ambiente químico bajo tierra". Otra pieza grande del rompecabezas: Tang isn Todavía no estoy seguro de cómo recoger los sensores después de la dispersión.
Hay mucha agua para filtrar. Según la Agencia de Protección Ambiental, alrededor del 95 por ciento de todos los recursos de agua dulce en los Estados Unidos son subterráneos. Esas fuentes son susceptibles a una amplia variedad de contaminantes que se filtran en el suministro desde la plomería, la industria y los desechos en general. También puede haber una buena cantidad de medicamentos recetados allí.
En última instancia, el proceso de miniaturización, que Tang dice que aún está a años de distancia, también podría generar un cambio en el diseño. En lugar de tubos lineales que corren en paralelo, los sensores de tamaño milimétrico serían puntos redondos, afirma. En ese caso, el código de barras se presentaría como círculos en lugar de rayas, "como anillos en un árbol", dice ella.
