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Un invento llamado solarclave podría ayudar a prevenir los millones de infecciones anuales que resultan del equipo médico limpiado incorrectamente. Foto de Oara Neumann.
El autoclave, un dispositivo que genera vapor para matar bacterias y esterilizar equipos médicos, fue inventado en 1879. Pero 134 años después, todavía se estima que las infecciones que se desarrollan como resultado de equipos médicos esterilizados incorrectamente afectan a cientos de millones de personas cada una. año, principalmente en el mundo en desarrollo. En lugares con acceso limitado a la tecnología de autoclave, junto con una fuente de alimentación inconsistente, muchas personas aún se someten a cirugía con equipos repletos de bacterias, virus y otros patógenos.
Sin embargo, la buena noticia es que este problema podría resolverse pronto, gracias a un dispositivo llamado solarclave, desarrollado por un grupo de ingenieros dirigido por Oara Neumann y Naomi Halas de la Universidad de Rice. Su dispositivo, descrito en un artículo publicado hoy en Proceedings of the National Academy of Sciences, aprovecha el poder del Sol, junto con las características únicas de nanopartículas específicas, para desinfectar equipos médicos y otros instrumentos sin necesidad de una fuente de electricidad externa.
Los investigadores no fueron el primer equipo en tener la idea de usar energía solar para esterilizar equipos, pero este es el primer prototipo funcional que ha pasado las pruebas estándar de esterilización a nivel de la FDA. Los autoclaves convencionales usan electricidad para producir vapor, pero este dispositivo lo hace al depender de nanopartículas de metal y carbono (partículas diminutas tan pequeñas como una diezmilésima de centímetro de diámetro) que se dispersan en una solución acuosa.
Las características termodinámicas de las nanopartículas hacen que absorban energía mucho más rápido que el líquido circundante, generando una gran diferencia de temperatura a medida que la luz solar es recogida por un plato reflejado y su calor se canaliza hacia la solución. Luego, el calor se transfiere a las moléculas de agua adyacentes a las nanopartículas y las convierte directamente en vapor. Este diseño permite la conversión de energía solar en vapor de una manera extremadamente eficiente: solo el 20 por ciento de la energía se usa para elevar la temperatura del líquido, y el 80 por ciento restante ayuda a producir y mantener el baño de vapor.
A diferencia de cuando el agua normalmente se hierve y se convierte en vapor, las nanopartículas pueden generar cantidades sustanciales de vapor a 70 grados Celsius, cuando la solución aún está muy por debajo de su punto de ebullición (incluso se generó algo de vapor cuando los investigadores colocaron la cápsula de fluido en un baño de hielo, manteniéndolo justo por encima de cero grados centígrados). Como resultado, el clavo solar puede realizar lo que normalmente es un proceso extremadamente intensivo en energía: esterilizar equipos médicos, utilizando solo la intensidad limitada de la energía solar.
Los investigadores utilizaron esta tecnología para producir dos prototipos relacionados que pueden operar fuera de la red. Uno es un sistema de circuito cerrado diseñado para esterilizar equipos médicos y otros objetos relativamente pequeños; el otro permite insumos y está diseñado para esterilizar los desechos humanos y animales para reducir la propagación de enfermedades, un problema constante en los países en desarrollo. Si se opera tres veces por semana, los investigadores estiman que puede procesar la orina y las heces producidas por una familia de cuatro adultos.
Los prototipos fueron probados por su eficacia para matar Geobacillus stearothermophilus, un tipo de bacteria que crece en aguas termales y otros ambientes cálidos, y por lo tanto es más difícil de eliminar mediante calentamiento que la mayoría de los otros tipos de microbios. Ambos clavos solares pasaron la prueba, matando a todas las bacterias en la muestra en el transcurso de 30 minutos.
En las pruebas, el clavo solar eliminó efectivamente las bacterias, lo que indica que podría esterilizar con éxito el equipo médico. Imagen vía el usuario de Flickr mynameissharsha
Si este tipo de tecnología se puede producir a gran escala, tiene el potencial de ayudar a reducir en gran medida la cantidad de infecciones en todo el mundo. Las nanopartículas no se consumen durante el proceso de esterilización, por lo que se pueden reutilizar indefinidamente y se usan cantidades relativamente pequeñas de agua durante cada ciclo. Los investigadores también buscaron usar componentes de bajo costo siempre que sea posible, pero debido a que el dispositivo aún está en la etapa de prototipo, es difícil decir cuál sería el precio final.
Salvo por cuestiones de costo, el solarclave puede utilizarse potencialmente en todo tipo de circunstancias en las que el acceso a la electricidad es la principal limitación. Las aplicaciones más inmediatas son la esterilización de equipos médicos y desechos humanos, pero los investigadores especulan que el mismo tipo de tecnología podría usarse para purificar el agua y limitar la propagación de bacterias en los productos alimenticios. Dicen que la notable eficiencia del diseño en la producción de vapor podría algún día incluso ser utilizada en la generación de electricidad.
