Segons estimacions de l’ONU, tres de cada quatre persones al món es veuran afectades per la sequera el 2050, un problema que actualment afecta al voltant de 55 milions de persones de forma directa cada any. Aquesta situació s’agreujarà les properes dècades per la manca de pluges i els efectes del canvi climàtic, amb danys greus en els àmbits mediambiental, econòmic i social. Davant d’aquesta crisi, el desenvolupament de tecnologies de baix cost per a la purificació i dessalinització de l’aigua del mar, amb materials 100 % orgànics i aprofitant un recurs natural com és la radiació solar, és una de les estratègies clau per satisfer les necessitats actuals i futures d’aigua apta per al consum domèstic.

Per donar solució a aquest repte es desenvolupa el projecte TherGel, liderat per Elaine Armelin i Joan Torras, investigadors del grup de recerca d’Innovació en Materials i Enginyeria Molecular - Biomaterials per a Teràpies Regeneratives (IMEM-BRT) i professors de l’Escola d'Enginyeria de Barcelona Est (EEBE) de la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC).

El projecte se centra a desenvolupar un hidrogel termosensible conductor, anomenat solar absorber hydrogel (SAH, per les seves sigles en anglès). Els hidrogels termosensibles són materials polimèrics capaços d’absorbir una gran quantitat d’aigua, en funció de la temperatura a la qual s’exposen, i que l’expulsen lliure de sals i contaminants, en escalfar-se per sobre de 32ºC. A aquest material se li afegeix un polímer conductor que actua com a absorbent fototèrmic i potencia la capacitat d’expulsió d’aigua, és a dir, de generació d’aigua potable.

Segons explica la investigadora Elaine Armelin, “el resultat és un material que es pot fer servir en sistemes de filtració d’aigua com ara membranes de filtració i sistemes de desionització capacitiva d'aigua salada. L’objectiu és desenvolupar un prototip d'autopurificació d'aigua per aplicar-lo directament a les llars, sense necessitat de fonts elèctriques o equips a pressió, ja que utilitzaria únicament l’energia solar per a la regeneració de l’aigua salina i la producció d’aigua potable”.

L’investigador Joan Torras explica el funcionament d’aquesta tecnologia: “A mesura que l’hidrogel absorbeix l’aigua, aquesta va pujant cap a la superfície i s’evapora per l’acció de la llum solar. A aquest material afegim nanopartícules d’un polímer conductor, que aporta al material un color negre més intens, de forma que absorbeix més radiació solar i alhora afavoreix l’evaporació de l’aigua internament. És una petita dessalinitzadora per produir aigua potable a casa”.

Fins ara, el sistema ha obtingut una taxa d’evaporació del voltant de 3,5-4,5 kg/metre quadrat per hora, la qual cosa representaria uns 80 -100 kg/metre quadrat d’aigua neta generada en 24 hores. Els resultats preliminars s'han publicat recentment a la revista científica Advanced Functional Materials.

L’hidrogel el podríem fabricar en l'àmbit domèstic, amb un kit per preparar-lo, ja que no requereix cap equipament industrial, i el podríem reutilitzar o reciclar també a casa. A més, les bones propietats elèctriques del nou hidrogel conductor el fan potencialment atractiu en cel·les de desionització capacitiva (CDI), com a elèctrodes porosos, per augmentar el cabal de generació d’aigua purificada. En aquest cas, com a material alternatiu als que s’utilitzen habitualment en equips de dessalinització industrial, d'elevat cost i molt difícils de reciclar.

Materials biomèdics modificats amb hidrogel termosensible
La propietat dels hidrogels termosensibles de retenir líquids i de respondre als canvis de temperatura els fa idonis per a la seva aplicació en implants mèdics, com ara malles quirúrgiques per a la reparació d’hèrnies abdominals, esponges pel drenatge de fístules, després de procediments quirúrgics i embenats per a ferides, entre altres. Aquest és el segon repte del projecte TherGel.

La presència de l’hidrogel en les malles quirúrgiques, per exemple, facilita l’adaptació d’aquestes als teixits per la capacitat d’adhesió del material i la possibilitat de detecció de l’implant mitjançant espectroscòpia Raman millorada de superfície (SERS, Surface Enhanced Raman Spectroscopy, per les seves sigles en anglès). Tal com explica la investigadora del grup de recerca IMEM-BRT Sonia Lanzalaco, “durant la fase d'implantació, l’hidrogel és capaç d'autoobrir-se per adaptar-se a la temperatura del cos humà, i, un cop implantat, pot donar informació dels canvis de temperatura provocats per una possible infecció localitzada. Gràcies a aquest hidrogel, la malla podria adaptar-se millor als òrgans, tant en flexibilitat com en biocompatibilitat”.

Els investigadors han aplicat a la malla quirúrgica nanopartícules biocompatibles que tenen una funció terasnòstica, és a dir tant terapèutica com de diagnòstic: per una banda, actuen com a bactericides i, per l’altre, permeten la detecció de l'implant amb eines d'espectroscòpia menys invasives per a les cèl·lules, possibilitant teràpies més personalitzades a les necessitats de cada pacient. A més, en ser una malla autoadhesiva, s'evita la necessitat d’utilització de grapes, tacs o sutures per a la fixació, cosa que redueix els riscos inflamatoris.

El projecte d’innovació tecnològica TherGel està finançat per l'Agència Estatal de Recerca (AEI) amb un pressupost de 138.545 euros i té una durada de tres anys.