by Ing. Jaime Antonio Vargas López + Powered by AI
La creciente presencia de fármacos en el agua constituye un desafío que afecta tanto a la salud humana como a la integridad de los ecosistemas. El hecho de que medicamentos esenciales en la vida moderna como el omeprazol, el paracetamol o el diclofenaco, no se degraden completamente en el organismo y se descarguen en cuerpos de agua genera problemas que van desde la alteración en el comportamiento de especies acuáticas hasta el riesgo de desarrollar microorganismos resistentes. Esta resistencia microbiana no solo representa un peligro ambiental, sino que también podría derivar en una nueva contingencia sanitaria. Ante este panorama y la incapacidad de los sistemas tradicionales de tratamiento para eliminar estos fármacos eficientemente, el blog destaca la importancia de investigar de nuevas tecnologías como la obtención de membranas a partir de nanocompuestos biosintetizados. Estos materiales, que aprovechan residuos naturales, permiten minimizar el impacto ambiental al combinar eficiencia y sostenibilidad, abordando así este problema en las aguas residuales.
Desarrollo
Según la ONU, en el 2020 más de 2.400 millones de personas Vivian en zonas con escasez severa de agua, en algunas regiones, hasta el 80 % de las aguas residuales no reciben un tratamiento adecuado, lo que agrava la situación en países donde los recursos hídricos son limitados, un problema agravado por los contaminantes emergentes, especialmente los fármacos, que ya han pasado a ser un tema de prioridad global. A diferencia de los contaminantes tradicionales, como metales pesados o pesticidas, estos compuestos están diseñados para ser estables y bioactivos, lo que les permite acumularse en el ambiente incluso en concentraciones mínimas. Estudios en México, como el de Castro-Pastrana y colaboradores. (2021), revelan concentraciones elevadas de naproxeno (6.321 ng/L) y omeprazol (22,5 ng/L) en aguas residuales hospitalarias. La contaminación por fármacos trasciende los cuerpos de agua.
Estos compuestos se infiltran en suelos agrícolas, afectando cultivos y, eventualmente, ingresando a la cadena alimentaria. Un estudio de Wu et al. (2012) demostró que el paracetamol puede acumularse en plantas como el trigo, alterando su crecimiento y reduciendo su valor nutricional. En humanos, la exposición crónica a trazas de antibióticos en el agua potable se ha vinculado a disrupciones endocrinas y alergias. Además, la persistencia de estos contaminantes dificulta la regeneración natural de los ecosistemas. Por ejemplo, los estrógenos sintéticos derivados de anticonceptivos han provocado feminización de poblaciones de peces en lagos europeos, según la Agencia Europea de Medio Ambiente. Este desequilibrio ecológico no solo reduce la biodiversidad, sino que compromete servicios esenciales como la polinización o la purificación natural del agua.
La raíz del problema radica en la ineficacia de las plantas de tratamiento convencionales. Métodos como la absorción o la sedimentación no logran degradar moléculas complejas como los antibióticos o antiinflamatorios. Peor aún, algunos procesos oxidativos pueden generar subproductos más tóxicos. Por ejemplo, el diclofenaco, un antiinflamatorio común, altera el comportamiento reproductivo de peces incluso a concentraciones de 1 µg/L, según Zarazúa-Morín et al. (2024). Estos hallazgos invitan a remplantearr las estrategias actuales, ya que los métodos tradicionales no logran eliminar completamente estos compuestos, dejando un legado de riesgos para el medio ambiente.
La propuesta basada en nanocompuestos surge como una respuesta a este problema. La integración de nanopartículas de plata (AgNPs) y óxido de zinc (ZnO) en una membrana, junto a puntos cuánticos de carbono, se orienta a potenciar la capacidad de adsorción y degradación de los fármacos presentes en el agua. Este enfoque se fundamenta en la nanociencia, un campo que estudia y manipula la materia a escalas nanométricas para aprovechar sus propiedades excepcionales. Por otro lado, la química verde ofrece métodos de síntesis más sostenibles, evitando el uso de reactivos tóxicos y caros, empleando agentes reductores naturales, como extractos de plantas o jugos, así como residuos orgánicos, como la cáscara de naranja. En este contexto, Bravo de Luciano et al. (2022) demostraron que el té verde puede reducir el tamaño de las nanopartículas de plata (AgNPs) de 50 nm a 20 nm al modificar la temperatura, optimizando así su eficacia.
La elección de métodos biogénicos, donde los compuestos presentes en las plantas actúan como agentes reductores y estabilizantes, se justifica por la abundancia y bajo costo de estas materias primas. Durante la elaboración del material, se controla la reducción del nitrato de plata a nanopartículas mediante una agitación cuidadosa, ajuste de temperaturas y uso de atmósferas específicas, lo cual influye en la morfología y el tamaño final del producto. Estos aspectos son cruciales, ya que determinan la eficacia de la membrana para retener y degradar los fármacos
Diversas investigaciones han demostrado que las nanopartículas de plata poseen propiedades antimicrobianas y catalíticas, la integración de ZnO amplifica estas propiedades. Rajendran y Mani (2020) mostraron que el dopaje con plata incrementa la actividad fotocatalítica del óxido de zinc, logrando una remoción del 91% de colorantes en agua. En este protocolo, la combinación Ag/ZnO se enriquece con puntos cuánticos de carbono (QDsC), que mejoran la conductividad eléctrica y la capacidad de adsorción.
Un caso emblemático es el trabajo de Tinoco et al. (2023), quienes sintetizaron nanocompuestos Ag/ZnO mediante impregnación húmeda, alcanzando una eficiencia del 91% en la eliminación de colorantes. Aunque su método no era totalmente verde, sentó las bases para enfoques más sostenibles. En contraste, Islam et al. (2024) utilizaron cáscaras de cebolla para sintetizar ZnO, demostrando que los residuos agrícolas pueden ser recursos valiosos en la nanotecnología.
En este estudio, la membrana Ag/ZnO@QDsC se prueba con omeprazol, un fármaco detectado en aguas mexicanas. Bajo condiciones controladas (concentraciones de 5-20 mg/L y tiempos de exposición de 5-60 minutos), resalta la importancia de combinar técnicas analíticas avanzadas, como la espectroscopía UV-Vis, FTIR y microscopía electrónica, para caracterizar con precisión las propiedades fisicoquímicas de las nanopartículas. Este control minucioso es fundamental para garantizar que la membrana cumpla con su objetivo de adsorber y degradar eficazmente los fármacos presentes en el agua. Resulta interesante observar que este enfoque no solo es prometedor para fármacos, sino que podría adaptarse a otros contaminantes, como microplásticos o pesticidas.
En comunidades donde la contaminación del agua es un problema recurrente, esta tecnología podría marcar la diferencia, ofreciendo una herramienta efectiva para mitigar riesgos y promover un entorno más saludable. Las posibilidades de escalabilidad y adaptación a distintos contextos hacen que la propuesta tenga un potencial considerable para impactar positivamente en la gestión de recursos hídricos.
A nivel práctico, la implementación de membranas de nanocompuestos podría integrarse en las infraestructuras existentes de tratamiento de agua. Por ejemplo, en plantas de tratamiento municipales, la incorporación de estos materiales permitiría complementar los métodos convencionales y alcanzar niveles de pureza más altos en el agua destinada al consumo y uso industrial. Sin embargo, un punto crítico es la evaluación en condiciones reales. La mayoría de los estudios, incluido este protocolo, se realizan en ambientes controlados. Factores como la presencia de materia orgánica en aguas residuales o fluctuaciones de pH podrían reducir la eficacia de las membranas. Monroy (2022) advierte que, aunque las nanopartículas de ZnO eliminaron el 98,8% de fármacos en condiciones ideales, su desempeño en plantas de tratamiento reales aún es incierto. Para investigadores y estudiantes, este campo ofrece un espacio fértil para explorar. Desde mejorar la estabilidad de nanocompuestos hasta diseñar plantas piloto que integren membranas en sistemas de tratamiento existentes, las posibilidades son vastas. Como sociedad, debemos apoyar estas iniciativas, exigiendo políticas que prioricen tecnologías limpias y financien investigación aplicada.
En síntesis, la combinación de avances tecnológicos, la integración de procesos sostenibles y la implementación de metodologías analíticas de alta precisión ofrece un panorama alentador para la renovación de los sistemas de tratamiento. Los resultados de investigaciones preliminares sugieren que este enfoque puede superar las limitaciones de los métodos tradicionales, al lograr una remoción más completa de contaminantes y, en consecuencia, una mejora en la calidad del agua.
Conclusión
La contaminación del agua por fármacos es una crisis silenciosa que amenaza tanto la salud humana como el equilibrio ecológico. Los métodos tradicionales de tratamiento, diseñados para eliminar contaminantes convencionales, han demostrado ser insuficientes ante materias nanométricas y estables como los residuos de fármacos.
La propuesta de membranas de nanocompuestos biosintetizados como la Ag/ZnO@QDsC emerge como una solución innovadora. Al combinar estas nanopartículas mediante química verde, este enfoque no solo mejora la adsorción y degradación de contaminantes, sino que también reduce el impacto ambiental al emplear extractos vegetales y residuos organicos.
Sin embargo, el camino hacia su implementación masiva enfrenta retos: desde escalar procesos sin perder eficiencia hasta adaptarse a entornos reales con variables impredecibles. La colaboración entre científicos, gobiernos y comunidades será clave para superar estas barreras, integrando estas membranas en infraestructuras existentes y alineando su desarrollo con los Objetivos de Desarrollo Sostenible.
En un mundo donde el agua limpia es un derecho cada vez más frágil, la nanotecnología verde no solo ofrece herramientas técnicas, y un nuevo enfoque a soluciones sostenibles que pueden surgir de la sinergia entre innovación y respeto por la naturaleza. El futuro de la purificación del agua dependerá de nuestra capacidad para priorizar estas tecnologías y transformar la investigación en acción tangible.
La eliminación de fármacos en aguas contaminadas es un desafío urgente que requiere soluciones innovadoras, y es crucial investigar nuevas tecnologías que aborden de manera efectiva este problema. En tu blog mencionas la propuesta de sinterización mediante química verde de una membrana para el tratamiento de estos fármacos en aguas , pero me gustaría saber qué criterios estás utilizando para clasificar este método como “química verde”. Además, mencionas que reutilizar residuos puede minimizar el impacto ambiental al combinar eficiencia y sostenibilidad. En este sentido, ¿cómo planeas evaluar estos conceptos en la elaboración de la membrana de tu nanocompuesto y cuál sería su viabilidad económica?
Por otro lado, al evaluar el material utilizando omeprazol como referencia, considero que es necesario especificar qué tipo de medicamento se está considerando. En el primer párrafo mencionas que ciertos fármacos pueden fomentar el desarrollo de microorganismos resistentes, pero es crucial evaluar la composición y estructura del medicamento para entender su comportamiento en el agua y cómo interactúa como contaminante. Esta evaluación ayudará a obtener una perspectiva más clara sobre por qué algunos fármacos no se degradan naturalmente y permitirá identificar posibles soluciones para mejorar su tratamiento en el medio ambiente.
Tu blog aborda un tema de gran relevancia en la actualidad en la que se buscan soluciones innovadoras y sostenibles para la eliminación de fármacos. Destaco cómo combinas evidencia científica con propuestas innovadoras como las membranas de nanocompuestos biosintetizados. La integración de la química verde, utilizando extractos vegetales y residuos orgánicos, es un enfoque que promete y se alinea con los principios de sostenibilidad. Sin embargo, considero que podrías fortalecer el análisis incluyendo ejemplos concretos de implementación en plantas de tratamiento reales, ya que esto ayudaría a visualizar mejor su viabilidad práctica. Además, sería interesante explorar cómo se podrían superar los desafíos económicos y logísticos asociados a la producción a gran escala de estos nanocompuestos. En general, tu propuesta es sólida y fundamentada, pero profundizar en estos aspectos prácticos podría enriquecer aún más la discusión. ¿Has considerado cómo las políticas públicas o los incentivos económicos podrían acelerar la adopción de estas tecnologías?.
¡Excelente trabajo!
La propuesta de integrar membranas de nanocompuestos en las plantas de tratamiento de agua municipales es especialmente interesante, ya que este enfoque no solo aborda la remoción de fármacos con una eficiencia potencialmente superior a los métodos convencionales, sino que también se enfoca en la sostenibilidad. La idea de utilizar materiales naturales y residuos orgánicos en la elaboración de estas membranas, a través de la química verde, reduce considerablemente el impacto ambiental de la solución. Sin embargo, me gustaría que se profundizaras más en cómo este tipo de tecnología influiría específicamente en las plantas de tratamiento de agua a gran escala, tomando en cuenta factores clave como la durabilidad, el costo de producción y la viabilidad económica.
Considerando la durabilidad de las membranas, es importante señalar que estos materiales nanocompuestos deben mantenerse eficaces durante períodos prolongados de uso en condiciones de tratamiento reales, donde factores como la variabilidad de las aguas residuales y la acumulación de contaminantes podrían afectar su desempeño. Sería útil que el blog abordara estudios adicionales sobre la vida útil de las membranas y cómo su rendimiento podría decaer con el tiempo. Además, la implementación a gran escala de estas membranas dependerá en gran medida de su costo de fabricación y la viabilidad económica en comparación con los métodos tradicionales de tratamiento.
El blog menciona que la membrana puede ser útil para varios tipos de contaminantes, pero sería interesante saber si existe algún riesgo de que otros compuestos con propiedades similares, como ciertos analgésicos o antibióticos, puedan dificultar la correcta identificación y eliminación del fármaco que se desea tratar. ¿Qué mecanismos podrían implementarse para minimizar este tipo de errores y asegurar que el tratamiento se enfoque adecuadamente en los contaminantes más peligrosos? ¿Es posible ajustar las condiciones de las membranas o su composición para hacerlas más específicas a ciertos compuestos y evitar la remoción de fármacos no deseados o alguna otra sustancia?
Me parece interesante y de suma importancia las problemáticas que abordas actualmente, algunas las ignoraba y veo realmente cómo afecta este mal tratamiento que se le da a las aguas residuales a nivel mundial, las consecuencia que trae a la vida marítima y hasta considerarse un problema probable en la cadena alimenticia, me gustaría saber mas a profundidad el tema o proyecto que tienes en mente, como lo abordas mas a profundidad en su desarrollo, se entienden las bases pero interesaría saber mas sobre la solución.
En general fue una retroalimentación a mis conocimientos, desconocía algunos temas y problemáticas, solo falto un poco profundizar mas en tu tema.
Interesante e innovadora tu propuesta 🙂