Sensor biodegradable para monitorizar residuos en minutos

Investigadores de las universidades de São Paulo (USP) y Federal de Viçosa (UFV), en Brasil, desarrollaron un sensor sostenible y portátil capaz de monitorear los niveles de residuos directamente sobre los vegetales.

Este dispositivo, fabricado con acetato de celulosa, un material elaborado con pulpa de madera, cuenta con potencial para ayudar a garantizar la seguridad de los alimentos en un mundo que padece cada vez más la escasez de comida y, al mismo tiempo, con los problemas ambientales y de salud que provoca el uso de fitosanitarios. Los resultados de este estudio se publicaron en la revista Biomaterials Advances.

Monitorización de residuos

Los fitosanitarioss se aplican vastamente para elevar la productividad agrícola. Sin embargo, solamente el 50 % de los productos agroquímicos aplicados vía fumigación llega al blanco correcto. Para evitar que sustancias peligrosas mal orientadas contaminen a los seres humanos debido al contacto con la piel, por su inhalación e ingestión vía alimentos y a través del agua, es necesario monitorear sus concentraciones en los suelos, en las aguas subterráneas, en efluentes de aguas residuales, en aguas superficiales, en fuentes de agua potable bruta y en los productos alimenticios.

Las herramientas analíticas que más se utilizan en estos estudios son las técnicas cromatográficas que, si bien son efectivas, presentan algunas desventajas, como la necesidad de efectuar un tratamiento de las muestras, el uso de instrumentos de elevado costo y la intervención indispensable de personal calificado de laboratorio, aparte de un largo tiempo de examen y su falta de portabilidad. Otro problema fundamental que debe considerarse en los días actuales lo constituyen los residuos inseguros producidos por los solventes orgánicos.

Ventajas de los sensores electroquímicos

Paulo Augusto Raymundo Pereira, investigador del Instituto de Física de São Carlos (IFSC-USP) y coordinador del estudio, comenta:

“Como alternativa, los sensores electroquímicos pueden combinar ahorro, detección rápida, miniaturización, producción a gran escala, conveniencia, practicidad, alta selectividad y detección de pesticidas en el lugar, lo que hace posible el análisis directamente en las cáscaras y en las hojas de los alimentos con sensores que se pone sobre las plantas; y esto fue lo que hicimos”.

El acetato de celulosa, un material de bajo impacto ambiental

“Pero en lugar de materiales tradicionales ambientalmente insostenibles, que requieren mucho tiempo para degradarse, como los materiales cerámicos o los polímeros plásticos derivados del petróleo, utilizamos el acetato de celulosa, un material de origen vegetal que tiene un bajo impacto ambiental y que se desintegra completamente en 340 días, dependiendo de las condiciones del lugar. Aparte de que reúne las características apropiadas para elaborar sensores, por supuesto, lo que comprende su bajo costo, su portabilidad y su flexibilidad.”

Las hojas de acetato de celulosa se fabricaron mediante el método de moldeado (del inglés casting method): se dispone el material en un espacio con el formato adecuado, y el sistema de monitoreo completo de tres electrodos se elaboró vía serigrafía.

Durante las pruebas de laboratorio, se fumigó con una solución con carbendazima y Paraquat –este último prohibido en la Unión Europea en 2003 debido a sus efectos nocivos en los seres humanos, pero que aún se utiliza en Brasil– sobre hojas de lechuga y la piel de tomates simulando el uso de fitosanitarios en el mundo real. Luego se dispuso el sensor portátil directamente sobre las superficies de los alimentos y se efectuó la medición.

Los resultados mostraron un rendimiento de detección compatible con el de un sensor de tereftalato de polietileno, la materia prima que se emplea más comúnmente.

Efecto del lavado sobre los niveles de residuos

En el estudio financiado por la FAPESP (proyectos 20/09587-8, 23/07686-7, 16/01919-6, 22/02164-0 y 23/09685-8), se investigó también la eficiencia del lavado y la inmersión de los vegetales en un litro de agua durante dos horas a los efectos de remover los residuos. Se removieron alrededor del 40 % de carbendazima y un 60 % de Paraquat de las hojas de lechuga, mientras que en la superficie de los tomates se eliminó el 64 % de ambos fitosanitarios. Pero no fue posible retirar completamente los residuos de la piel de los tomates. Raymundo Pereira comenta:

“Todos estos resultados indican que las etapas de lavado e inmersión no fueron suficientes como para remover los residuos de los fitosanitarios. Al menos un 10 % de las sustancias permanecieron sobre las cáscaras de los alimentos”.

De acuerdo con el investigador, esta tecnología podría serles de utilidad a las agencias internacionales de control sanitario, a los productores de orgánicos, para lograr la certificación de la ausencia de pesticidas y, fundamentalmente, a los productores rurales, a los efectos de monitorear los niveles de residuos en el campo mediante la aplicación de las dosis necesarias en cada lugar de los cultivos. De este modo, sería posible disminuir el empleo de estas sustancias e incrementar la productividad, a su vez con una rebaja del precio final al consumidor.

Los investigadores

Aparte del equipo del IFSC-USP, participaron en este trabajo los investigadores Samiris C. Teixeira, Nilda de F. F. Soares y Taíla V. de Oliveira, de la UFV, y Nathalia O. Gomes, Marcelo L. Calegaro y Sergio A. S. Machado, del Instituto de Química de São Carlos (IQSC-USP).

Puede leerse el artículo intitulado Sustainable plant-wearable sensors for on-site, rapid decentralized detection of pesticides toward precision agriculture and food safety en el siguiente enlace: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772950823003990.

Fuente

Julia Moióli, Agencia FAPESP, Brasil, https://agencia.fapesp.br/un-sensor-biodegradable-monitorea-los-niveles-de-pesticidas-aplicados-sobre-frutas-verduras-y-hortalizas/50745

Foto

Paulo Augusto Raymundo Pereira