Generación de Quimiosensores del Nanocomposito Celulosa Bacteriana/Puntos Cuánticos como Indicador de Contaminación por Metales Pesados en Muestras Acuosas (2021)
En la última década la contaminación por metales pesados en medios acuosos se ha convertido en un problema mundial que ha aumentado con la confluencia de las fuentes naturales y principalmente, las actividades antropogénicas (actividades industriales, actividades mineras, uso de plaguicidas, entre otros). Esta condición ha generado un aumento en la concentración de metales pesados en los efluentes hídricos, generando como consecuencia un riesgo para la salud de cualquier sistema vivo. Los iones metálicos cuentan con la capacidad de bioacumularse y biomagnificarse en el organismo, provocando la alteración de numerosos procesos bioquímicos y fisiológicos en animales y plantas, desencadenando diversas patologías. Actualmente, la identificación y remoción de metales pesados de fuentes hídricas es un proceso costoso, lento y, en la mayoría de los casos, no se lleva a cabo adecuadamente debido a las complicadas técnicas instrumentales empleadas y sus límites de detección. En Colombia, por ejemplo, el monitoreo de estos metales en agua para consumo humano no se exige según el Capítulo V y VI de la Resolución 2115 de 2007, por lo tanto, no se lleva a cabo un control de este tipo de contaminantes en las fuentes hídricas del país. En la actualidad, la identificación y cuantificación de metales pesados se lleva a cabo mediante equipos y procedimientos de mediana/alta complejidad y elevado costo (técnicas como absorción atómica y espectrometría de masas). Esta situación es poco favorable frente a la necesidad - regional, nacional y mundial- de identificación y cuantificación rápida de este tipo iones. De modo que se pueda evidenciar la contaminación del efluente de manera eficiente. Hoy en día han surgido diversos métodos que pueden llevar a cabo la identificación y cuantificación de estos iones de forma rápida y selectiva. En este conjunto de métodos se destaca el uso de diversos nanomateriales que, debido a sus propiedades luminiscentes, se han convertido en quimiosensores de interés en este campo. Dentro de este tipo de nanomateriales los quantum dots o puntos cuánticos (QDs) responden a la presencia de ciertos metales pesados modificando su luminiscencia en función de la concentración del metal. Adicionalmente, el uso de estos nanomateriales en conjunto con un soporte de nanocelulosa (NC) permite potenciar sus propiedades, convirtiéndolos en un material prometedor en la identificación in situ de metales pesados en efluentes hídricos. Teniendo en cuenta el interés actual por técnicas de detección rápidas para metales pesados, en la presente investigación se llevó a cabo la síntesis acuosa coloidal, la producción de QDs de CdTe y CdTe/ZnS, los cuales cumplen su función como agentes sensibilizantes permitiendo llevar a cabo la generación del quimiosensor a base de su acoplamiento con la nanocelulosa bacteriana (NCB), evaluando diferentes relaciones de carga en el nanocomposito. Para el nanopapel o quimiosensor se evidenció que la carga de NCB óptima por unidad de área fue de 2.21 mg NCB/cm2, esta relación permitió obtener un nanopapel homogéneo y apropiado para la adsorción de los QDs. Adicionalmente, el quimiosensor y los elementos que lo constituyeron fueron caracterizados estructural y morfológicamente mediante técnicas como UV-vis, IR, DRX, fluorescencia, SEM y TEM que permitieron identificar el tamaño de partícula de los QDs (~ 2.4 nm), contando con un núcleo con estructura cristalina cúbica centrada en las caras (CCC) y ligandos orgánicos evidenciados mediante IR mostrando sus señales características. Finalmente, el quimiosensor mostró ser sensible a metales pesados tales como el cromo, la plata, el cobre, el mercurio y el plomo, encontrándose que el mercurio es el metal más influyente en la variación de la fluorescencia de los QDs generando una extinción casi total de la fluorescencia del quimiosensor en concentraciones sobre 1 µM.