La demanda de agua potable para el consumo humano, producción de comida o energía se ha multiplicado en los últimos años debido al crecimiento demográfico. Aunque mucho más acentuado en zonas de alta densidad demográfica como el sudeste asiático, la China o la India, la contaminación de fuentes de agua tradicionalmente consideradas limpias en otras zonas del planeta hace del problema del agua una cuestión global. En este sentido, varias organizaciones internacionales han focalizado sus esfuerzos en paliar una posible falta de agua potable en el planeta. En este sentido, sus acciones se han centrado en potenciar el desarrollo de protocolos adecuados para la desinfección, descontaminación y desalinización de aguas.

De entre todos los contaminantes presentes en aguas, los microorganismos patógenos son unos de los más relevantes por su alto impacto social, sanitario y económico. Actualmente, el uso de intensos y continuos tratamientos químicos (principalmente cloro u ozono) prácticamente garantiza la desinfección del agua. No obstante, su coste y la continua producción de residuos químicos introducidos directamente en la red de distribución de aguas, recomienda el desarrollo de métodos alternativos, más económicos y más limpios. Compuestos con gran capacidad bactericida y con baja producción de residuos, como la plata, están cogiendo un papel protagonista en el desarrollo de nuevos sistemas de desinfección. En el caso de la plata, la plata coloidal y las nanopartículas de plata (partículas de plata de un tamaño inferior al micrómetro) han demostrando ser una alternativa viable a los métodos actualmente usados. No obstante, estos compuestos aún presentan importantes limitaciones. Por ejemplo, las nanopartículas de plata, que por su tamaño y alta capacidad bactericida representan una alternativa muy económica a los métodos actuales, presentan grandes problemas de toxicidad. De hecho, se ha demostrado que las nanopartículas de plata son mucho más toxicas que la propia plata.

En este sentido, nuestro consorcio trabaja en el desarrollo de nanocomposites (materiales que contienen partículas o estructuras de tamaño nanométrico) con capacidad bactericida pero que no representen un riesgo a nivel medioambiental ni a nivel de consumo humano. La estrategia del consorcio consiste en modificar estructuras poliméricas comúnmente utilizadas en el tratamiento de aguas (por ejemplo filtros o resinas de intercambio iónico) con nanopartículas que les aporten capacidad bactericida. Para ello se utiliza el método de síntesis intermatricial (Intermatrix synthesis, IMS), un método muy simple y rápido en el que los contraiones que se encuentran compensando la carga de los grupos funcionales del polímero son intercambiados por precursores iónicos del metal de interés (iones del metal de interés, por ejemplo el ion Ag⁺ en el caso de la plata o el Au³⁺ en el del oro), y reducidos in situ mediante agentes reductores suaves (Figura 1). Este proceso de síntesis produce nanopartículas metálicas fuertemente adheridas a la superficie del polímero, el cual ejerce de agente estabilizante de la nanopartícula reduciendo la posibilidad de liberación de las partículas al medio.

Figura 1. Esquema representativo del proceso de síntesis intermatricial en una fibra polimérica con grupos funcionales cargados negativamente. Después del intercambio iónico entre los contraiones de la fibra y el precursor iónico del metal, éste se reduce para obtener nanopartículas metálicas.

La reducción in situ del precursor iónico para formar la nanopartícula libera los grupos funcionales del polímero, que pueden ser de nuevo cargados con precursores iónicos y así repetir el proceso de carga/reducción. Si el segundo proceso de carga/reducción se realiza con un precursor iónico de otro metal se pueden obtener nanopartículas conocidas como core-shell (interior-recubierta) que poseen un núcleo metálico envuelto por un recubrimiento de un segundo metal (Figura 2). La característica principal de estas nanopartículas consiste en que conservan las propiedades o actividad de ambos materiales. Esta particularidad las hace tremendamente interesantes para el tratamiento de aguas, especialmente en el caso de aguas destinadas al consumo humano. En nuestro caso se exploró la posibilidad de fabricar nanocomposites con nanopartículas bimetálicas core-shell con núcleos magnéticos de bajo coste (cobalto o ferrita) recubiertas de plata.

Figura 2. (A) Representación de la arquitectura de una partícula core-shell con un núcleo magnético de cobalto o ferrita recubierto por plata. (B) Imagen de microscopía electrónica de transmisión de partículas core-shell sintetizadas in situ en un material polimérico.

Esta nueva arquitectura permitía la síntesis de nanocomposites con gran capacidad bactericida y con un grado extra de seguridad ya que, las pocas nanopartículas liberadas del nanocomposite podían ser fácilmente recogidas con un simple imán. Esto evitaba su presencia en las redes de distribución de aguas, reduciendo drásticamente su impacto medioambiental. Los nanocomposites fabricados mediante esta estrategia utilizando filtros y resinas de intercambio iónico como material polimérico han demostrado una gran capacidad bactericida frente a diferentes especies bacterianas y una gran estabilidad [1-4].

1      A. Alonso, X. Munoz-Berbel, N. Vigues, R. Rodriguez-Rodriguez, J. Macanas, J. Mas, M. Munoz and D. N. Muraviev, Intermatrix synthesis of monometallic and magnetic metal/metal oxide nanoparticles with bactericidal activity on anionic exchange polymers, RSC Advances, 2, 4596-4599 (2012)

2      A. Alonso, X. Muñoz-Berbel, N. Vigués, J. Macanás, M. Muñoz, J. Mas and D. N. Muraviev, Characterization of Fibrous Polymer Silver/Cobalt Nanocomposite with Enhanced Bactericide Activity, Langmuir, 28, 783-790 (2011)

3      A. Alonso, N. Vigues, X. Munoz-Berbel, J. Macanas, M. Munoz, J. Mas and D. N. Muraviev, Environmentally-safe bimetallic Ag@ Co magnetic nanocomposites with antimicrobial activity, Chemical Communications, 47, 10464-10466 (2011)

4      A. Alonso, X. munoz-Berbel, N. Vigués, R. Rodriguez-Rodriguez, J. Macanás, M. Muñoz, J. Mas and D. N. Muraviev, Superparamagnetic Ag@ Co-nanocomposites on granulated cation exchange polymeric matrices with enhanced antibacterial activity for the environmentally-safe purification of water, Advanced Functional Materials, (Accepted)