Nesta ilustração, uma nanopartícula de “ferrugem inteligente” atrai e prende moléculas de estrogênio, que são representadas pelos objetos flutuantes. Crédito:Dr. Dustin Vivod e Prof. Derramar manchas de ferrugem na água geralmente a torna mais suja. Mas os pesquisadores desenvolveram nanopartículas especiais de óxido de ferro que chamam de “ferrugem inteligente”, que na verdade a tornam mais limpa. A ferrugem inteligente pode atrair muitas substâncias, incluindo petróleo, nano e microplásticos, bem como o herbicida glifosato, dependendo do revestimento das partículas. E como as nanopartículas são magnéticas, elas podem ser facilmente removidas da água com um ímã junto com os poluentes. Agora, a equipe está relatando que ajustaram as partículas para reter os hormônios estrogênio que são potencialmente prejudiciais à vida aquática.
Os pesquisadores apresentarão seus resultados hoje na reunião de outono da American Chemical Society (ACS).
“Nossa 'ferrugem inteligente' é barata, não tóxica e reciclável”, diz Marcus Halik, Ph.D., principal investigador do projeto. "E demonstramos seu uso para todos os tipos de contaminantes, mostrando o potencial desta técnica para melhorar drasticamente o tratamento da água."
Durante muitos anos, a equipa de investigação de Halik tem investigado formas ecológicas de remover poluentes da água. Os materiais de base que usam são nanopartículas de óxido de ferro em forma superparamagnética, o que significa que são atraídas por ímãs, mas não umas pelas outras, para que as partículas não se aglomerem. Crédito:American Chemical Society Para torná-los “inteligentes”, a equipe desenvolveu uma técnica para anexar moléculas de ácido fosfônico às esferas de tamanho nanométrico. “Depois de adicionarmos uma camada de moléculas aos núcleos de óxido de ferro, elas parecem cabelos saindo da superfície dessas partículas”, diz Halik, que trabalha na Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Então, alterando o que está ligado ao outro lado dos ácidos fosfônicos, os pesquisadores podem ajustar as propriedades das superfícies das nanopartículas para adsorver fortemente diferentes tipos de poluentes.
As primeiras versões da ferrugem inteligente retiveram o petróleo bruto da água coletada no Mar Mediterrâneo e o glifosato da água do lago coletada perto da universidade dos pesquisadores. Além disso, a equipe demonstrou que a ferrugem inteligente pode remover nano e microplásticos adicionados a amostras de laboratório e de água de rio.
Até agora, a equipe tem como alvo poluentes presentes em grandes quantidades. Lukas Müller, um estudante de pós-graduação que apresenta novos trabalhos no encontro, queria saber se poderia modificar as nanopartículas de ferrugem para atrair vestígios de contaminantes, como hormônios. Quando alguns dos hormônios do corpo humano são excretados, eles são despejados nas águas residuais e eventualmente entram nos cursos de água. Os estrogênios naturais e sintéticos são um desses grupos de hormônios, e as principais fontes desses contaminantes incluem resíduos de seres humanos e de gado. As quantidades de estrogénios são muito baixas no ambiente, diz Müller, por isso são difíceis de remover. No entanto, mesmo estes níveis demonstraram afectar o metabolismo e a reprodução de algumas plantas e animais, embora os efeitos de baixos níveis destes compostos nos seres humanos durante longos períodos não sejam totalmente conhecidos.
“Comecei com o estrogênio mais comum, o estradiol, e depois quatro outros derivados que compartilham estruturas moleculares semelhantes”, diz Müller. As moléculas de estrogênio têm um corpo esteróide volumoso e partes com leves cargas negativas. Para explorar ambas as características, ele revestiu nanopartículas de óxido de ferro com dois conjuntos de compostos:um longo e outro com carga positiva. As duas moléculas se organizaram na superfície das nanopartículas, e os pesquisadores levantam a hipótese de que, juntas, elas constroem muitos bilhões de “bolsas” que atraem o estradiol e o prendem no lugar.
Dado que estas bolsas são invisíveis a olho nu, Müller tem utilizado instrumentos de alta tecnologia para verificar a existência destas bolsas que retêm estrogénio. Os resultados preliminares mostram a extração eficiente dos hormônios de amostras de laboratório, mas os pesquisadores precisam analisar experimentos adicionais de espectroscopia de ressonância magnética nuclear de estado sólido e espalhamento de nêutrons de pequeno ângulo para verificar a hipótese de bolso. “Estamos tentando usar diferentes peças do quebra-cabeça para entender como as moléculas realmente se reúnem na superfície das nanopartículas”, explica Müller.
No futuro, a equipe testará essas partículas em amostras de água do mundo real e determinará o número de vezes que elas poderão ser reutilizadas. Como cada nanopartícula tem uma grande área superficial com muitos bolsões, os pesquisadores dizem que deveriam ser capazes de remover estrogênios de múltiplas amostras de água, reduzindo assim o custo por limpeza. “Ao reciclar repetidamente estas partículas, o impacto material deste método de tratamento de água pode tornar-se muito pequeno”, conclui Halik.
Mais informações: Ferrugem inteligente para limpar a água dos hormônios, ACS outono de 2023 Fornecido pela American Chemical Society
