Resumen:
Investigadores de la Universidad Northwestern en Estados Unidos están desarrollando un nuevo revestimiento de tela que se espera que permita que la ropa protectora no solo bloquee los químicos peligrosos, sino que también descomponga y reduzca activamente la toxicidad de algunas sustancias altamente tóxicas. Esta investigación surgió originalmente de la necesidad de protección contra armas químicas en el campo militar. En el futuro, también puede proporcionar nuevas soluciones de protección para industrias como la agricultura y la fabricación de productos químicos, que a menudo están expuestas a productos químicos nocivos.
Los agentes nerviosos son particularmente peligrosos porque pueden interferir rápidamente con el funcionamiento normal del sistema nervioso humano y bloquear las señales entre el cerebro y el cuerpo. La exposición grave puede provocar convulsiones epileptiformes, parálisis e incluso la muerte en cuestión de minutos. Actualmente, la ropa de protección habitual se basa principalmente en barreras físicas para aislar las sustancias nocivas. Aunque puede evitar que las sustancias químicas entren en contacto con la piel, por lo general no destruye activamente estos venenos.
La solución propuesta por el equipo de investigación no es recrear un tejido especial, sino desarrollar un material químico funcional que pueda recubrirse en la superficie de diferentes tejidos. Es similar a un proceso de tratamiento con tinte que se adhiere a las fibras, pero en lugar de simplemente cambiar el color de la tela, le da al material la capacidad de manejar activamente químicos tóxicos.
Esta investigación se basa en más de una década de exploración previa realizada por el equipo. En 2015, investigadores de la Universidad Northwestern descubrieron que los materiales que contienen circonio pueden ayudar a descomponer las sustancias químicas tóxicas. Este estudio combinó además circonio con una sustancia similar a la melanina llamada alomelanina. Este pigmento está relacionado con los pigmentos naturales de los hongos y, además de aportar color, tiene la capacidad de adsorber pequeñas moléculas e iones de metales pesados.
Los investigadores aprovecharon las propiedades de cada uno de los dos componentes: la melanoidina tiene una estructura porosa que atrapa las moléculas dañinas como una esponja microscópica, mientras que el circonio es responsable de impulsar reacciones químicas que destruyen las sustancias tóxicas atrapadas. Además, el agua puede actuar como agente catalítico durante la reacción, ayudando a activar el proceso de descomposición.
Sin embargo, los investigadores pronto descubrieron que descomponer el veneno original no significaba que el peligro desapareciera. Las reacciones químicas pueden producir nuevos subproductos que a veces son incluso más peligrosos que la sustancia original. En el experimento, el circonio y las melanoidinas trabajaron juntos para producir dos subproductos: uno es dimetilfosfato no tóxico y el otro son metilnitrofenoles extremadamente tóxicos.
Para solucionar este problema, el equipo de investigación aprovechó una vez más la capacidad de adsorción de las melanoidinas. Además de capturar los químicos tóxicos originales, este material también puede unir los subproductos dañinos mencionados anteriormente, reduciendo así su concentración y su daño potencial.
Los resultados experimentales mostraron que en 10 minutos, la concentración de metilnitrofenol disminuyó en un 50%. Los investigadores también encontraron que aumentar la cantidad de melanoidina y exponer el material a la luz solar reducía aún más la toxicidad de este subproducto. Sin embargo, el equipo de investigación no ha anunciado cuánta mejora puede aportar la exposición a la luz solar.
Nathan Gianneski, coautor del estudio y profesor de la Universidad Northwestern, dijo que el equipo de investigación ha estado realizando investigaciones sobre la melanina durante más de 12 años, tratando de comprender las múltiples funciones de esta sustancia en la naturaleza y optimizándola a través de la ingeniería de materiales para darle potencial para aplicaciones a gran escala. Según él, este logro no sólo demuestra una nueva capa protectora, sino que también proporciona ideas para repensar el diseño de materiales protectores.
Si esta tecnología finalmente se perfecciona, es posible que la ropa protectora del futuro ya no solo bloquee pasivamente sustancias peligrosas, sino que pueda participar activamente en la descomposición química cuando se exponga a ciertos químicos tóxicos, reduciendo así el riesgo que plantea la presencia continua de contaminantes. Los posibles escenarios de aplicación incluyen la protección del personal militar, el tratamiento con pesticidas y la producción de productos químicos.
Sin embargo, todavía queda un largo camino por recorrer desde la verificación en laboratorio hasta el uso real. Los investigadores también necesitan evaluar más a fondo cómo se comporta este recubrimiento en entornos del mundo real, incluida su eficiencia de reacción en diferentes condiciones de temperatura, humedad y contaminación, su estabilidad a largo plazo y su protección real contra diferentes tipos de venenos. Sólo después de que se confirme que los productos de descomposición están controlados adecuadamente y que el material puede continuar funcionando de manera confiable, se podrá aplicar esta tecnología a los equipos de protección personal producidos en masa.
Recientemente se han publicado artículos de investigación relevantes en la revista "ACS Nano".
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