Un equipo científico formado por investigadores del Departamento de Física Aplicada III y el Departamento de Ingeniería Química y Ambiental de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla, en colaboración con el Grupo EOD-CBRN de la Policía Nacional (TEDAX), ha logrado validar una herramienta de vigilancia química y ambiental excepcionalmente rápida para detectar ibuprofeno en masas de agua. Esta colaboración une la experiencia universitaria en óptica aplicada e ingeniería química con la necesidad operativa de la Policía Nacional de identificar sustancias potencialmente peligrosas de forma no invasiva.
La tecnología propuesta por los investigadores José Manuel Navas García, Bernabé Alonso Fariñas y Alejandro Barriga Rivera, que puede describirse como una ‘cámara que ve más allá de la luz’, captura la información óptica de la muestra mediante una imagen avanzada y separa la señal de las moléculas de interés de la de otras moléculas que coexisten en la muestra. Esto permite identificar compuestos sin necesidad de contacto físico, preparación de la muestra, o uso de reactivos. El avance clave del estudio radica en la combinación la imagen hiperespectral, un tipo de fotografía que captura la luz reflejada en el espectro visible e infrarrojo, con una técnica matemática avanzada conocida como la Transformada Wavelet. Esta transformada actúa como un filtro digital potente capaz de separar los detalles que portan información significativa del ruido de la muestra generado por el resto de compuestos químicos.
El estudio validó la eficacia de la tecnología para la detección de ibuprofeno a una concentración crítica de 60μg/L. Esta concentración representa un nivel relevante para la monitorización de escenarios ambientales de alto riesgo, la denominada concentración prevista sin efecto, que establece el límite por encima del cual se esperan efectos adversos en un ecosistema. Los investigadores probaron la metodología en diversas matrices líquidas, que incluyeron agua embotellada, agua del grifo (de Sevilla), una solución de alcohol etílico, y específicamente, agua del río Guadalquivir. En el caso del agua de río, siendo esta la matriz más compleja, la detección pasó de una precisión del 55% mediante métodos tradicionales al 100% empleando el procesado computacional diseñado por los investigadores.
Monitorización ambiental futura
Al ser un método rápido y sin necesidad de preparación de muestras, la tecnología desarrollada en la Universidad de Sevilla tiene un enorme potencial para ser desplegado como una herramienta de vigilancia en tiempo real para la detección continua de contaminantes emergentes. Esta metodología tiene potencial para ser embarcada en vehículos aéreos autónomos permitiendo así la monitorización en regiones de difícil acceso como pantanos, lagos, y ríos.
Esta línea de investigación se inició en la Universidad de Sevilla bajo la dirección del catedrático del Departamento de Física Aplicada III, Profesor Emilio Gómez González, fallecido en 2023. Inicialmente, los investigadores desarrollaron métodos para la detección de partículas víricas, incluyendo el SARS-CoV-2, virus causante de la COVID-19, empleando imagen hiperespectral e inteligencia artificial (en la forma de redes de neuronas artificiales). Los investigadores del grupo de Física Interdisciplinar continúan desarrollando estrategias tecnológicas que ayuden a mejorar la vida de las personas en el ámbito de la tecnología médica.
El riesgo de los contaminantes emergentes
El ibuprofeno, un antiinflamatorio de consumo masivo (con una producción anual reportada de aproximadamente 45.233 toneladas en 2022), es uno de los ingredientes farmacéuticos activos más frecuentemente detectados en agua dulce y salada. Esto se debe a que las plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales solo logran eliminar parcialmente el compuesto, típicamente entre el 30% y el 60%. Esta persistencia convierte al ibuprofeno en un contaminante emergente que, junto a otros medicamentos, representa una amenaza significativa para los ecosistemas y la salud pública, ya que pueden afectar funciones biológicas cruciales en organismos acuáticos, incluso a concentraciones mínimas. La necesidad de monitorizar estos compuestos es global, habiéndose detectado ibuprofeno incluso en regiones remotas como la Antártida.
Más allá de los contaminantes: sustancias de riesgo
La colaboración con el Grupo EOD-CBRN de la Policía Nacional (TEDAX), subraya el amplio potencial de este “escáner químico”. Esta tecnología funciona identificando la “huella química” o el código de barras espectral de la sustancia de interés. La capacidad de identificar y cuantificar compuestos químicos en fluidos de forma no invasiva, incluso en matrices complejas, tiene una repercusión directa en la seguridad pública, al ofrecer una plataforma para la posible detección rápida de otras sustancias peligrosas o ilícitas como podrían ser agentes químicos o residuos de explosivos disueltos en fluidos de manera segura y sin contacto.