Por lo menos mil millones de personas únicamente tienen acceso a agua contaminada por agentes patógenos o contaminación. "Existe una enorme necesidad de conseguir un material de filtro extremadamente robusto y de bajo coste que no requiera una gran cantidad de energía", afirma Mark Shannon, que dirige un centro de materiales avanzados para la purificación del agua en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. "La mayoría de los lugares que más lo necesitan no tienen electricidad en absoluto, o a lo sumo un par de horas al día", asegura Shannon, que no está involucrado en la investigación.
El filtro desarrollado por los investigadores de Stanford trata de mejorar otros sistemas para la eliminación de bacterias "en el punto de uso", es decir, fuera de instalaciones centralizadas de tratamiento de aguas. Existen dos métodos químicos principales: la adición de cloro al agua para matar a las bacterias, o la adición de hierro, lo que provoca que las bacterias se agrupen y se facilite su retirada. Los métodos químicos son difíciles puesto que requieren de personal capacitado y un continuo abastecimiento de productos químicos.
La filtración, por el contrario, resulta atractiva gracias a su simpleza. No obstante, la mayoría de métodos de filtración en el punto de uso eliminan las bacterias del agua mediante la exclusión de los organismos según su tamaño. Estos filtros se obstruyen con el paso del tiempo, y funcionan muy lentamente, a menos que un bombeo intensivo y de alto consumo energético impulse el agua a través de ellos. El filtro de Stanford, que funciona con la gravedad, tiene poros lo suficientemente grandes como para permitir un elevado caudal—alrededor de 100.000 litros por hora. Utiliza pulsos eléctricos para inactivar las bacterias haciendo agujeros en sus paredes celulares. La investigación fue dirigida por los profesores de ciencias de los materiales e ingeniería de Stanford Yi Cui y Sarah Heilsho .
Para crear el filtro, los investigadores sumergen un trozo de algodón en una tinta de nanotubos de carbono a base de agua, dejan que se seque, luego le dan un chapuzón en una tinta de nanocables de plata a base de alcohol, y lo dejan secar de nuevo. Cui y otros expertos han utilizado métodos de inmersión similares para crear electrodos de batería de papel de nanotubos, así como textiles de nanotubos. Los largos y estrechos nanotubos y los nanocables se enredan en las fibras.
Hasta ahora, los investigadores han estado probando los filtros colocándolos en un embudo de vidrio montado sobre un recipiente. El filtro se conecta a un cableado eléctrico para proporcionar una tensión al tiempo que el agua se vierte a través del embudo. Cui señala que la energía podría provenir de baterías de automóvil o paneles solares.
El grupo de Cui ha probado el filtro contra altas concentraciones de E. coli. En estas pruebas preliminares, que se describen en la revista Nano Letters, el filtro inactivó alrededor del 98 por ciento de las bacterias. Incluso una única bacteria puede causar enfermedades, de modo que no es suficientemente bueno como para su uso en el campo, aunque Cui espera mejorar el sistema.
Cui no está seguro sobre cómo funciona el filtro, aunque sabe que los dos materiales funcionan mejor juntos. Durante mucho tiempo se sabe que la plata tiene propiedades antimicrobianas, y los nanotubos de carbono son de alta conductividad. Se baraja la hipótesis de que en las puntas de los nanocables de plata se forman campos eléctricos locales muy fuertes, perforando las paredes celulares. Cuando la electricidad se apaga, la plata evita que las bacterias ensucien la superficie, un problema común con los filtros.
No se han realizado estudios definitivos sobre los efectos en el agua de los nanotubos de carbono y los nanocables de plata sobre las personas y organismos inferiores; los experimentos con nanotubos de carbono en el aire han demostrado que su efecto en los pulmones de ratones es similar al efecto del amianto. Sin embargo las primeras pruebas en miles de galones de agua sugieren que los nanomateriales no se instalan en el agua. Los investigadores realizarán más pruebas para determinar si los nanomateriales permanecen atrapados en el filtro o pasan al agua con el tiempo.
"Creo que existe un enorme potencial para avances tecnológicos como este, con el que podemos mejorar dramáticamente las opciones de tratamiento de aguas a bajo coste", afirma Kara Nelson, profesora de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de Califo ia, en Berkeley. Ahora lo importante es llevar este dispositivo de prueba de concepto al siguiente paso, afirma Nelson, mediante la mejora de la eficacia del filtro y la demostración de que puede funcionar con una amplia gama de patógenos transmitidos por el agua, incluidos los virus y los protozoos.
Chad Vecitis, profesor de ingeniería ambiental en la Universidad de Harvard, afirma que el aspecto más impresionante del filtro es su velocidad. Muchos investigadores universitarios están abordando el problema del agua limpia, aunque otras soluciones de bajo consumo toman mucho tiempo o son demasiado complejas. Por ejemplo, algunos sistemas utilizan un catalizador activado por la luz para matar a las bacterias en recipientes transparentes de agua expuestos al sol. Esto toma varias horas, y no es fácil saber cuándo se ha producido la esterilización.