Científicos de la Universidad de São Paulo (USP) crearon un dispositivo sensor portátil integrado en un guante de caucho sintético capaz de detectar residuos de pesticidas en los alimentos. El trabajo, apoyado por FAPESP, fue concebido y dirigido por el químico Paulo Augusto Raymundo-Pereira, investigador del Instituto de Física de São Carlos (IFSC-USP).
El dispositivo tiene tres electrodos, ubicados en los dedos índice, medio y anular. Fueron impresos en el guante mediante serigrafía, con tinta de carbón conductor, y permiten la detección de las sustancias carbendazim (fungicida de la clase de los carbamatos), diurón (herbicida de la clase de las fenilamidas), paraquat (herbicida incluido en la lista de bipiridinio ) y fenitrotiona (insecticida organofosforado). En Brasil, la carbendazim, el diurón y el fenitrotione se utilizan en cultivos de cereales (trigo, arroz, maíz, soja y frijol), cítricos, café, algodón, cacao, banano, piña, manzana y caña de azúcar. El uso de paraquat fue prohibido en el país por la Agencia Nacional de Vigilancia Sanitaria (Anvisa).
El análisis se puede realizar directamente en líquidos, simplemente sumergiendo la yema del dedo que contiene el sensor en la muestra, y también en frutas y verduras, bastando tocar la superficie de la muestra.
Sergio Antonio Spinola Machado, profesor del Instituto de Química de São Carlos (IQSC-USP) y coautor de la investigación, dice que no hay nada similar en el mercado y que los métodos más utilizados hoy en día para la detección de pesticidas se basan en técnicas como la cromatografía (análisis de separación de mezclas), espectrofotometría (método óptico de análisis utilizado en biología y química física), electroforesis (técnica que utiliza un campo eléctrico para separar moléculas) o pruebas de laboratorio.
“Sin embargo, estas metodologías son costosas, requieren mano de obra especializada y mucho tiempo entre análisis y obtención de resultados. Los sensores son una alternativa a las técnicas convencionales porque, basados en análisis fiables, sencillos y robustos, proporcionan información analítica rápida, in situ y de bajo costo”.
En el guante creado por el grupo, cada dedo es responsable de la detección electroquímica de una clase de pesticida. La identificación se realiza en la superficie del alimento, pero en medio acuoso. “Necesitamos agua, porque necesitamos un electrolito [una sustancia capaz de formar iones positivos y negativos en solución acuosa]. Basta con dejar caer una gota sobre el alimento y la solución establece contacto entre este y el sensor. La detección se realiza en la interfaz entre el sensor y la solución”, detalla la química Nathalia Gomes, investigadora del IQSC-USP e integrante del equipo.
Sensores
El proceso de verificación de la presencia de pesticidas es simple. Se coloca un dedo a la vez sobre la muestra: primero, el dedo índice; luego el medio y finalmente el anular. En el caso de un jugo de frutas, simplemente sumerja los dedos en el líquido, uno a la vez. La detección se realiza en un minuto y, en el caso del dedo anular, en menos de un minuto.
“El sensor del dedo anular utiliza una técnica más rápida. Está formado por un electrodo de carbono funcionalizado, mientras que los otros dos dedos están formados por electrodos modificados con nanoesferas de carbono [dedo índice] y carbono printex, un tipo específico de nanopartícula de carbono [dedo medio]. Después de la detección, los datos son analizados por un software instalado en el celular”, explica Raymundo-Pereira.
El investigador destaca que la incorporación de materiales de carbono confirió selectividad a los sensores, una de las propiedades más importantes y difíciles de lograr en dispositivos similares. “Una elección cuidadosa de los materiales a base de carbono permitió la detección sensible y selectiva de cuatro clases de plaguicidas entre los más utilizados en la agricultura: carbamatos, fenilamidas [una subclase de las fenilureas], compuestos de bipiridinio y organofosforados. Así, uno de los diferenciales de la invención es la capacidad de detección selectiva en presencia de otros grupos de pesticidas, tales como triazinas, glicina sustituida, triazol, estrobilurina y dinitroanilina. Con los métodos tradicionales esto no es posible”.
Otro destaque del dispositivo es la posibilidad de detección directa, sin necesidad de preparación de muestras, lo que agiliza el proceso. Además, el método preserva el alimento, permitiendo su consumo después del análisis.
El guante no tiene fecha de caducidad y se puede utilizar en tanto no se dañen los sensores. Osvaldo Novais de Oliveira Junior, profesor del IFSC-USP y coautor de la investigación, explica que los sensores pueden ser dañados por solventes orgánicos (como alcohol y acetona) o por algún contacto mecánico inadecuado en la superficie del sensor (un objeto que lo raye, por ejemplo).
Mercado
Raymundo-Pereira destaca que el producto es innovador y que el proceso de solicitud de patente ya está en marcha en el Instituto Nacional de Propiedad Industrial (Inpi). Sostiene que no existe un procedimiento simple para la detección de plaguicidas, razón principal por la cual aún no se encuentran disponibles en el mercado pruebas para discriminar diferentes clases de plaguicidas y otros contaminantes. Para él, el uso de dispositivos como el guante, que permiten el análisis químico de materiales peligrosos al toque, sería relevante en aplicaciones alimentarias, ambientales, forenses y de seguridad, permitiendo una rápida toma de decisiones en campo.
“Representantes de organismos internacionales que controlan el ingreso de alimentos en diferentes países del mundo ya usan guantes para manipularlos. ¿Imagínese si tuvieran un sistema de detección de pesticidas incorporado? Los alimentos que contengan pesticidas prohibidos se desecharían en la frontera. El dispositivo también se puede usar durante la cosecha”.
Según el investigador, el costo del dispositivo es básicamente el costo del guante, sin el sensor. “Los sensores cuestan menos de US$ 0,10. El costo principal es el guante. Usamos un guante de nitrilo porque es menos poroso que uno de látex. Con la pandemia, su precio se disparó. Y el costo individual ha subido. Pero aún así, el dispositivo que creamos es un producto muy barato. Más asequible que las pruebas que se hacen actualmente”.
La investigación recibió financiamiento de FAPESP por medio de cuatro proyectos (16/01919-6; 20/09587-8; 19/01777-5; e 18/22214-6).
Al artículo "Selective and sensitive multiplexed detection of pesticides in food samples using wearable, flexible glove-embedded non-enzymatic sensors" puede accederse en: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720334045.