Desarrollan nanopartículas que detectan contaminantes en el ambiente

La ciencia propone un esfuerzo de imaginación para entender el gigantesco mundo que se esconde en una millonésima de milímetro. En esa minúscula escala de la materia ya es posible manipular átomos y moléculas para perfeccionar las propiedades de materiales, para tratamientos terapéuticos, así como innovaciones en biomedicina, óptica y electrónica, hasta en la industria textil, cosmética, automotriz, y deportiva. Es un fenómeno que no es visible a simple vista, y que promete nuevos descubrimientos en dimensiones microscópicas.

El universo de las nanoestructuras también se ocupa del medio ambiente. En este campo, una docente de la Facultad de Ingeniería de la Unicén logró desarrollar, mediante métodos químicos, nanopartículas capaces de detectar el monóxido de carbono en el ambiente. Es el puntapié inicial para la fabricación de sensores más eficaces y económicos capaces de controlar las emanaciones de contaminantes a la atmósfera.

Se trata de Marcela Bavio, quien desarrolló en los laboratorios de la Facultad nanomateriales compuestos que permiten luchar contra la contaminación del ambiente. Como becaria de posgrado del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Conicet), y en torno a su trabajo de tesis doctoral, logró un avance científico experimental que en breve tendrá impacto socioproductivo.

Las pruebas de laboratorio comenzaron con el grafito, como el usado para fabricar las minas de los lápices, pero de muy alta calidad. Mezclado con soluciones de sales de plata y elevado a altas temperaturas, el carbono adquiere una estructura molecular diferente que se denomina nanotubos de carbono de paredes múltiples, que son una clase de nanopartículas.

El nanotubo es una lámina de grafeno enrollada sobre sí misma, que tiene un diámetro total cercano a los 50 nanómetros, ó 50 millonésimas de milímetro. Para ver el resultado, Bavio tuvo que realizar permanentes viajes a universidades e institutos de La Plata y Mar del Plata, donde cuentan con los microscopios capaces de aumentar esas estructuras hasta hacerlas visibles. A simple vista, después de todo el proceso, la materia prima obtenida sigue siendo un polvo negro. La diferencia en su ordenamiento molecular, que es imperceptible, es a la vez trascendental.

Ciencia en miniatura

Si bien las estrellas son los nanotubos, necesitan de un catalizador como complemento para cumplir el mandato ecológico. Mediante un método químico de reducción, la doctora Bavio logró depositar en las paredes de los nanotubos nanopartículas de platino, platino-rutenio y platino-estaño, elementos que tienen la capacidad de detectar el monóxido de carbono. Aún con este tratamiento el producto sigue siendo, a simple vista, un polvo negro.

Para llegar al objetivo, este polvo se coloca sobre un electrodo ubicado en una celda electroquímica, que contiene una solución acuosa de ácido sulfúrico. El ensayo se completa al burbujear nitrógeno y monóxido de carbono en distintas concentraciones. Entonces, electroquímicamente, es posible medir una corriente de referencia para saber la concentración del monóxido de carbono en el sistema.

La ventaja de toda esta experimentación química es que, si bien materiales como el platino o el rutenio son muy costosos, al usar nanopartículas la cantidad necesaria es ínfima, y por lo tanto, más económico. Tradicionalmente se han utilizado alambres de platino como electrodos, pero con este método no sería necesario.

La doctora Bavio también trabajó sobre otro tipo de electrodos para detectar el monóxido de carbono, a partir de los mismos materiales. En este otro experimento, a partir de una electropolimerización, recubrió un alambre de níquel con un polímero que contenía los nanotubos, y a esa matriz le dispersó el platino-rutenio. Las partículas que se forman en este electrodo, que son más grandes que las del otro método, también tienen la facultad de detectar el monóxido de carbono.

Las propiedades expuestas por el catalizador de platino-rutenio y los nanotubos abrieron otros caminos donde la química puede optimizar los procesos. Una prueba exitosa se realizó para mejorar la eficiencia de celdas de combustible de metanol. Esta celda es un sistema electroquímico que genera electricidad basado en la oxidación de metanol (combustible) y la reducción de oxígeno (comburente). En la reacción de oxidación de metanol se producen compuestos intermediarios, como el monóxido de carbono, que pueden llegar a inutilizar el electrodo. Este catalizador permitió eliminar a bajos potenciales el monóxido de carbono adsorbido, obteniéndose así una mejora en la actividad catalítica para la oxidación de metanol.

El alma visible

Los materiales que la doctora Bavio logró manipular para la preparación de sensores ambientales están a la vanguardia de la experimentación química actual. Es que los nanotubos de carbono están siendo investigados en todo el mundo por sus superadoras aplicaciones tecnológicas. Debido a su estructura molecular tienen excelentes propiedades eléctricas, mecánicas, térmicas. Son ideales para mejorar las celdas solares y estupendos absorbentes químicos. Por sus cualidades ya son usados en biomedicina, en la industria automotriz, aeroespacial, y en la fabricación de raquetas de tenis, bicicletas, palos de golf, y otros materiales deportivos de última generación.

En sintonía con la tendencia mundial, todos los desarrollos químicos impulsados desde Ingeniería tendrán nuevos horizontes cuando se instale en la Facultad un laboratorio de micropartículas. Con la obra ya muy avanzada, en breve los científicos locales tendrán la posibilidad de trabajar, entre otros equipos, con un microscopio electrónico de barrido, capaz de observar la microestructura de los materiales, y todo en Olavarría.