Remover patógenos da água potável é especialmente difícil quando os germes são muito pequenos para serem capturados por filtros convencionais. Pesquisadores da Empa e da Eawag estão desenvolvendo novos materiais e processos para liberar água de microorganismos patogênicos, como vírus.

Água é vida, a biologia nos ensina. A realidade nos ensina algo diferente:a água contaminada com patógenos causa centenas de milhares de mortes a cada ano em locais onde o tratamento da água é insuficiente ou funciona mal. Para acabar com isso, a disponibilidade de água potável para toda a humanidade está incluída na Agenda de Sustentabilidade Global da Organização das Nações Unidas (ONU) desde 2015. De acordo com este objetivo, Pesquisadores da Empa, em colaboração com seus colegas da Eawag, estão desenvolvendo novos materiais e tecnologias para remover patógenos da água potável, que até agora dificilmente poderia ser eliminado com medidas convencionais, ou apenas com processos caros e complexos.

Pequenos patógenos

Os pesquisadores estão visando o menor dos germes:minúsculos patógenos que, ao contrário do coronavírus SARS-Cov-2 atualmente em circulação, estão se espalhando por meio de água contaminada e, portanto, causam várias doenças transmitidas pela água, como a poliomielite, diarreia e hepatite. Entre esses patógenos está o rotavírus, que tem apenas cerca de 70 nanômetros de tamanho.

"Filtros de água convencionais são ineficazes contra rotavírus, "explica o pesquisador da Empa, Thomas Graule, do laboratório de cerâmica de alto desempenho da Empa em Dübendorf. No entanto, são precisamente esses minúsculos germes que estão entre os patógenos mais comuns que causam infecções gastrointestinais. De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS), em 2016, cerca de 130, 000 crianças em todo o mundo morreram de infecções por rotavírus. Os pesquisadores agora desenvolveram estratégias para tecnologias de filtração baseadas em novos materiais que habilmente contornam o problema da pequenez. Isso ocorre porque uma propriedade das partículas de vírus pode ser usada para um novo tipo de filtro:a carga elétrica negativa das partículas de vírus.

Com base nesta ideia, os pesquisadores começaram a desenvolver materiais adequados que permitem a adsorção de superfícies de vírus carregadas negativamente. Até agora, tem sido difícil criar superfícies carregadas positivamente facilmente regeneradas com alta capacidade de adsorção, e estudos experimentais sistemáticos têm sido escassos. Para suas investigações, os pesquisadores, portanto, escolheram um vírus modelo que é ainda menor do que o rotavírus:o bacteriófago MS2, que tem apenas 27 nanômetros de tamanho - um vírus que ataca bactérias, mas é inofensivo para os humanos. Usando este vírus modelo, os cientistas conseguiram mostrar que os vírus na água se adsorvem à superfície do filtro em vários graus, dependendo do pH da água. “Isso deve ser levado em consideração no desenvolvimento de novas tecnologias de tratamento e filtragem de água, "diz Graule.

Nano-revestimento poroso

A fim de desenvolver tecnologias de filtro que possam capturar vírus em escala nanométrica, A Graule está se concentrando em materiais compostos que são funcionalizados de forma que se liguem especificamente aos vírus. "Na água, a superfície das partículas de vírus é carregada negativamente. Conseguimos mostrar como as partículas de vírus se ligam a superfícies carregadas positivamente, "ele explica. Por exemplo, o pesquisador trabalha em uma equipe internacional de grânulos de cerâmica feitos de óxido de alumínio, cujos grânulos finos são revestidos com camadas nanométricas de óxido de cobre. “Junto com a cerâmica, a camada de cobre altamente porosa forma um material compósito com uma superfície específica carregada positivamente e imensamente grande, ", diz Graule. Os pesquisadores também foram capazes de revestir minúsculos nanotubos de carbono multicamadas com óxido de cobre, permitindo assim a eliminação do vírus.

A fim de desenvolver uma tecnologia de filtro sustentável e econômica, os pesquisadores utilizam especificamente materiais que podem ser recuperados após o uso no sentido de um ciclo de material fechado. Também é importante que nenhum componente do filtro seja levado para a água purificada. Para este fim, métodos analíticos para nano-segurança ainda precisam ser desenvolvidos para que o material compósito mais adequado possa ser determinado. No final do projeto, espera-se que esteja disponível uma tecnologia de filtro que também seja adequada para o tratamento de água em países em desenvolvimento, com seu número particularmente alto de rotavírus e outras doenças transmitidas pela água.

No mundo todo, cerca de 3,4 milhões de pessoas, principalmente crianças em países estruturalmente subdesenvolvidos, morrem todos os anos de doenças transmitidas pela água. Entre os patógenos estão os parasitas unicelulares, como amebas e lamblia com um tamanho de até 40 micrômetros. Bactérias como a salmonela, que causam febre tifóide, Os germes de E. coli e os patógenos da cólera são significativamente menores (0,5 a 6 micrômetros), mas patógenos igualmente potentes. Com um tamanho de 25 a 80 nanômetros - cerca de 100 a 1000 vezes menor - os vírus são os patógenos mais difíceis de filtrar da água. Nos países em desenvolvimento, a contaminação da água potável com rotavírus é particularmente generalizada, seguido por outros vírus, como os patógenos que causam hepatite e poliomielite.