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Cómo construir un filtro de agua de xilema vegetal
Un consejo útil para evitar la intoxicación alimentaria mientras viaja es comer la fruta que pela usted mismo. La idea es que los árboles y las plantas filtran el agua que absorben del suelo, por lo que es poco probable que sus frutos contengan bacterias y otras sustancias nocivas.
Eso le ha dado a Rohit Karnik y sus amigos del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge una idea interesante. ¿Por qué no crear agua potable segura exactamente de la misma manera, utilizando bacterias de la mezcla de filtración de xilema de plantas transmitidas por el agua?
Resulta que, si bien los biólogos de plantas han estudiado el xilema de las plantas en detalle y han medido la velocidad a la que puede transportar el agua de las raíces a las hojas, nunca pensaron en usarlo como filtro. Así que Karnik y compañía se pusieron manos a la obra para probar su idea.
El xilema es el tejido poroso que conduce el fluido en las plantas. En las plantas leñosas, se le llama albura. Rodeado de corteza, a menudo rodea al propio duramen inactivo más viejo. En las coníferas, se forma a partir de células muertas llamadas traqueidas, que son esencialmente tubos huecos con diámetros de hasta 80 µm y longitudes de hasta 10 mm.
Estas células crecen en paralelo y tienen extremos cerrados. El agua pasa de un conducto a otro a través de orificios conocidos como pozos, que están cubiertos por una membrana con poros a nanoescala que actúan como una especie de cedazo. Nada más grande que estos poros no puede pasar.
Entonces, en teoría, el xilema de la planta de los árboles de coníferas debería ser un filtro efectivo.
Para averiguarlo, Karnik y compañía cortaron secciones de una pulgada de largo de la rama del pino blanco. pinus strobus. Quitaron la corteza y metieron la albura restante en un tubo, sellando los huecos con resina epoxi.
Luego llenaron el tubo con 5 mililitros de agua desionizada a 5 libras por pulgada cuadrada de presión, equivalente a una carga de presión gravitacional de aproximadamente 2 mo más, y esperaron a ver qué sucedía.
Efectivamente, el agua se filtró a una velocidad de 0.05 mililitros por segundo. Ese caudal equivale a más de 4 litros por día, suficiente para mantener a una persona en el agua potable. Eso es de un filtro con un área de aproximadamente 1 cm².
A continuación, estudiaron las propiedades de filtrado del material. Agregaron un pigmento rojo al agua y midieron la distribución del tamaño de las partículas dentro de ella. Esto osciló entre unos 70 nanómetros y 500 nanómetros de tamaño.
Sin embargo, el agua filtrada estaba clara. Y la distribución del tamaño de partícula en el filtrado alcanzó un máximo de aproximadamente 80 nanómetros. Claramente, el xilema filtra partículas más grandes que esto. En un experimento separado, agregaron nanopartículas fluorescentes de 20 nanómetros hechas de poliestireno y encontraron que el xilema no podía filtrarlas.
La conclusión es clara. Encontramos que el filtro de xilema exhibe un excelente rechazo de partículas con diámetros superiores a los 100 nanómetros, dicen.
Para probar la capacidad del material para filtrar bacterias, mezclaron inactivados Escherichia coli bacterias al agua y la pasaron a través del sistema. E. coli tiene forma cilíndrica con un diámetro de aproximadamente 1 micrómetro.
Efectivamente, el filtro funcionó bien. La filtración con tres filtros de xilema diferentes mostró un rechazo casi completo de la bacteria, dicen.
Para saber exactamente cómo funciona el xilema, cortaron los filtros y estudiaron la estructura interna de la madera. Descubrieron que la mayor parte del filtrado ocurre en los primeros dos o 3 milímetros del filtro. Eso resulta ser más o menos exactamente la longitud de las células traqueidas y sugiere que los filtros de madera se pueden cortar aún más cortos y seguir funcionando de manera efectiva.
También tomaron imágenes de microscopio electrónico de las fosas celulares, que mostraron que las bacterias se acumulaban cerca de estas fosas, lo que sugiere que este es de hecho el mecanismo de filtración.
Existen algunas limitaciones para este tipo de filtración. Primero, el límite de 100 nanómetros es demasiado grande para filtrar virus. Karnik y compañía dicen que es posible encontrar otras plantas con pozos más pequeños que podrían hacer el trabajo.
En segundo lugar, la madera debe estar recién cortada para que funcione como un filtro eficaz. El equipo dice que los conductos de madera que se han secado se bloquean y, por lo tanto, no funcionan como filtros. Ese es un problema potencialmente grave si estos filtros necesitan ser suministrados a gran escala; distribuirlos por todo el mundo mientras se mantienen frescos será difícil. Sin embargo, es posible desarrollar técnicas de secado que mantengan la integridad estructural de los filtros. Claramente, se necesita más trabajo aquí.
Sin embargo, este es un trabajo impresionante que tiene el potencial de tener un gran impacto en muchas partes del mundo. Según la Organización Mundial de la Salud, alrededor de 1,6 millones de personas mueren cada año por enfermedades atribuidas a la falta de agua potable y saneamiento básico. Es más, el 90% de ellos son niños menores de cinco años, principalmente en países en desarrollo.
La filtración del xilema no solucionará esto por sí sola, sobre todo porque actualmente no puede filtrar virus transmitidos por el agua como la hepatitis, los adenovirus por rotavirus, etc. Pero podría tener un gran impacto al eliminar patógenos bacterianos y protozoarios como E. coli, salmonella typhi, vibrio cholera y giardia.
Y el sistema es pequeño, económico y fácil de hacer. Como concluyen Karnik y sus colegas: La construcción simple de filtros de xilema, combinada con su fabricación a partir de un material desechable, biodegradable y económico, sugiere que una mayor investigación y desarrollo de filtros de xilema podría conducir a su uso generalizado y reducir en gran medida la incidencia de enfermedades infecciosas transmitidas por el agua. en el mundo.
Ref: arxiv.org/abs/1310.4814 : Filtración de agua con xilema vegetal