Innovación desarrollada desde la UdeC proyecta su potencial para la acuicultura, la salud pública y un sinnúmero de otros usos.

Su capacidad para eliminar antimicrobianos como la oxitetraciclina lo posiciona como una alternativa eficiente y ecológica, con un alto potencial de aplicación en la industria salmonicultora y el tratamiento de aguas residuales en distintos sectores públicos y privados.

Investigadores e investigadoras de la Universidad de Concepción (UdeC) han desarrollado un innovador bioadsorbente capaz de remover residuos de antibióticos del agua, ofreciendo una solución sostenible para la acuicultura, la salud pública y un sinnúmero de otros usos. 

Liderado por el Dr. Daniel Palacio Badel, académico del Departamento de Polímeros de la Facultad de Ciencias Químicas (FCQUdeC), este avance –respaldado por el Fondo de Fomento al Desarrollo Científico y Tecnológico (Fondef) de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID)– busca mitigar la contaminación farmacéutica y reducir el riesgo de resistencia antimicrobiana en los ecosistemas acuáticos. 

En esta entrevista, el Dr. Palacio explica en profundidad los alcances de esta tecnología, su positivo impacto ambiental y las proyecciones para su implementación tanto en la industria como en el área pública. 

¿Cómo surgió la idea de desarrollar un bioadsorbente para remover antibióticos del agua?

Nació a partir de la resistencia antimicrobiana que está generando un problema de salud global. El uso masivo de antibióticos en la medicina, la ganadería y la agricultura ha llevado a la presencia creciente de estos compuestos en cuerpos de agua. Los antibióticos, al ser persistentes y, en muchos casos, poco biodegradables, representan un riesgo tanto para los ecosistemas acuáticos como para la salud humana, al contribuir al desarrollo de bacterias resistentes. 

Por otra parte, los métodos convencionales de tratamiento de aguas pueden ser costosos o generar subproductos secundarios que requieren una gestión adicional. Esta situación impulsó la búsqueda de alternativas que sean tanto eficientes como ecológicamente responsables. Los materiales biobasados, derivados de fuentes naturales, ofrecen una opción sostenible debido a su biodegradabilidad y disponibilidad.

¿Qué hace que esta tecnología sea innovadora en comparación con otras soluciones existentes para la remediación de aguas contaminadas?

Esta tecnología es innovadora en comparación con otras soluciones existentes debido a la combinación de biopolímeros y material bioinorgánico como agente de relleno, ayudando a amplificar sus características.

Un factor importante, por ejemplo, es que al utilizar materiales biobasados, el proceso tiene un menor impacto ambiental en comparación con los adsorbentes sintéticos. Además, puede ser parte de una economía circular, donde los materiales se obtienen de fuentes renovables o desechos biológicos. 

También, la interacción entre los biopolímeros y el material de relleno puede mejorar la capacidad del adsorbente para capturar una amplia gama de contaminantes, como metales pesados, pesticidas o fármacos, de manera más eficiente que otros adsorbentes tradicionales y que estos materiales pueden tener la ventaja de ser regenerables o biodegradables, lo que permite su reutilización en múltiples ciclos de tratamiento sin generar grandes cantidades de residuos.

¿Qué tipos de antibióticos puede remover este bioadsorbente y cuál es su nivel de efectividad?

Hasta el momento hemos realizado pruebas con dos antibióticos, amoxicilina y oxitretraciclina, dos antibióticos altamente utilizados en medicina humana y veterinaria, demostrando una eficiencia que supera el 50% de remoción. 

Detalles técnicos y científicos

¿Cuáles son los principales componentes del bioadsorbente y cómo interactúan químicamente para remover los antibióticos? 

Los principales componentes del biadsorbente están conformados por dos estructuras, una matriz de biopolímeros y partículas bioinorgánicas como agentes de relleno que nos ayudan a mejorar la estabilidad del material. La interacción entre los biopolímeros y el material de relleno puede mejorar la capacidad del adsorbente para capturar una amplia gama de contaminantes, como mejorar sus propiedades mecánicas y reusabilidad. Las principales interacciones están basadas por intercambio iónico, como también procesos de absorción debido a que tienen capacidad de hincharse levemente, lo que hace que el agua sirva como vehículo para que el antibiótico pueda quedar retenido en el material.

¿En qué etapa de desarrollo se encuentra actualmente esta tecnología? ¿Ya se ha probado en condiciones reales?

Actualmente la tecnología alcanza un nivel de madurez tecnológica TRL 4 (por su sigla en inglés de Technological Readiness Level), y lo hemos probado en agua simuladas. Claramente nuestra idea es poder llegar a probar nuestro material en sistemas reales y, para esto, nuestro aliado en pruebas y que nos ha acompañado en este proyecto es Salmones Antártica (empresa que, a su vez, lidera el Programa Tecnológico para la Producción Local de Insumos Nutricionales para la Acuicultura, PTEC-INVA, el cual es impulsado por la Corporación de Fomento de la Producción de Chile, Corfo). 

De igual manera, como grupo de investigación estamos en constante cambio con estudios a nivel de posgrado y postulando a proyectos para mejorar los materiales obtenidos y generar nuevos materiales cada vez más eficientes.

¿Qué desafíos técnicos enfrentaron durante el desarrollo del bioadsorbente y cómo los superaron?

Uno de los principales desafíos fue obtener la dimensionalidad de nuestros materiales y, por otra parte, la inserción de grupos funcionales a la matriz del polímero para brindar una polifuncionalidad al material que queríamos obtener.

Impacto ambiental y desarrollo sostenible

¿Qué beneficios directos puede tener este bioadsorbente para la salud de los ecosistemas acuáticos?

Para abordar los beneficios directos de este bioadsorbente en la salud de los ecosistemas acuáticos, es importante considerar varios aspectos. Entre estos se encuentran la reducción de la contaminación: el bioadsorbente puede disminuir la presencia de antibióticos en sistemas acuáticos. Al reducir estos contaminantes, se mejora la calidad del agua, lo que promueve la salud de las especies acuáticas y los ecosistemas asociados. 

Reducción de la bioacumulación: al disminuir la presencia de contaminantes antes de que puedan ser absorbidos por organismos acuáticos, este bioadsorbente ayuda a prevenir la bioacumulación de sustancias en la cadena alimentaria acuática, lo que podría tener efectos perjudiciales sobre la fauna y la salud humana. 

Promoción de la biodiversidad: al reducir los efectos adversos de la contaminación, el bioadsorbente contribuye a la restauración de hábitats acuáticos saludables, lo que a su vez favorece la biodiversidad local y proporciona ambientes más aptos para las especies acuáticas nativas, entre otros muchos aspectos que pueden ayudar a la salud de los ecosistemas.

¿Cómo esta tecnología se alinea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Organización de las Naciones Unidas (ONU), en particular en el manejo de recursos hídricos y la mitigación de la contaminación?

Este resultado obtenido a partir del proyecto Fondef de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID) está alineado con varios de los ODS. Entre estos se encuentran el ODS 6: agua limpia y saneamiento; acceso universal a agua potable y saneamiento: el uso del bioadsorbente mejora la calidad del agua al disminuir la presencia de contaminantes, lo que facilita un acceso más seguro a agua potable y reduce los riesgos de enfermedades relacionadas con la contaminación del agua; ODS 12: producción y consumo responsables; gestión de residuos y utilización de materiales biobasados: con el uso de biomateriales y material bioinorgánico es parte de un enfoque más sostenible, promoviendo la economía circular y reduciendo la dependencia de productos químicos sintéticos o materiales no renovables; ODS 14 de vida submarina, protección de los ecosistemas marinos y costeros: este bioadsorbente ayuda a reducir la contaminación en cuerpos de agua, promoviendo la conservación de los ecosistemas marinos y la biodiversidad acuática. Esto es especialmente relevante en zonas costeras y marinas que pueden verse afectadas por la acumulación de contaminantes; y también se alinea con el ODS 3, que trata de salud y bienestar.

¿De qué forma este desarrollo puede contribuir a reducir los riesgos de resistencia antimicrobiana en los ecosistemas acuáticos? 

Los problemas de resistencia antimicrobiana en los ecosistemas acuáticos, y por todo lo que está reportado científicamente, se debe al uso excesivo y presencia de fármacos en sistemas acuáticos. Este bioadsorbente tiene la capacidad de disminuir la concentración de antibióticos en el agua, evitar que estos estén expuestos en los sistemas acuáticos y reducir la generación de cepas bacterianas resistentes.

Aplicación en el sector privado y fundamentalmente en acuicultura

¿Qué rol juega el rubro acuícola, especialmente la industria salmonicultora, en la generación de residuos de antibióticos?

La salmonicultura juega un rol en la generación de residuos de antibióticos debido a la necesidad de utilizar estos compuestos para combatir enfermedades bacterianas en los peces. En la industria del salmón, los antibióticos se administran a menudo a los peces para tratar enfermedades en condiciones de cultivo intensivo, donde los peces están más expuestos a patógenos. Sin embargo, estos antibióticos no siempre son completamente absorbidos por los peces y un porcentaje se excreta, generando residuos en el ambiente acuático. 

Además de disolverse en el agua, los antibióticos también pueden acumularse en los sedimentos del fondo de los cuerpos de agua. Estos sedimentos pueden actuar como reservorios de antibióticos, lo que permite que los compuestos permanezcan en el medio ambiente durante períodos prolongados. Esto contribuye a la exposición continua de bacterias a dosis subletales, lo que favorece el desarrollo de resistencias antimicrobianas. 

¿Qué beneficios podría obtener la industria acuícola al implementar esta tecnología, tanto en términos ambientales como económicos?

A mí parecer, tendría beneficios significativos, por ejemplo: reducción de la contaminación por antibióticos mediante la tecnología que minimiza el contenido de antibióticos en los cuerpos de agua. Esto podría ayudar a reducir el impacto negativo de los residuos farmacéuticos en los ecosistemas acuáticos, promoviendo un entorno más saludable para las especies marinas. 

En términos de sostenibilidad, la implementación de este tipo de tecnologías innovadoras, como los bioadsorbentes, puede ser parte de una estrategia de producción más responsable, alineándose con los estándares internacionales de sostenibilidad. Esto podría ayudar a mejorar la imagen pública de la industria y aumentar su aceptación social. Con respecto a la parte económica, al adoptar prácticas más sostenibles, permitiría obtener una mejor rentabilidad. 

En resumen, la implementación de esta tecnología no solo ayudaría a la industria acuícola a cumplir con los estándares ambientales y sanitarios, sino que también le permitiría obtener beneficios económicos a largo plazo, asegurando una producción más eficiente y sostenible.

¿Cómo visualiza la integración de esta innovación en el tratamiento de aguas residuales de centros de cultivo de salmónidos?

Se puede visualizar como una tecnología para el tratamiento tras la eliminación de toda la materia orgánica generada por el excremento de los peces y por la comida no consumida; podría, a su vez, funcionar como un sistema de filtración donde el agua residual pasa a través de una columna o lecho de bioadsorbente que captura y elimina antibióticos. 

Este sistema también podría ser modular, lo que permitiría su adaptación a diferentes tamaños y capacidades de los centros de cultivo de salmónidos. De esta forma, el tratamiento de aguas podría escalarse según la demanda, optimizando los recursos utilizados.

Escalamiento industrial y colaboración

¿Qué desafíos enfrenta el bioadsorbente para ser escalado a nivel industrial?

Existe una diversidad de desafíos que se abordan en el escalamiento y, sobre todo, considerando que en uno de los sectores donde puede verse utilizado se manejan grandes volúmenes de agua. 

Entonces, en la escalabilidad a nivel industrial se debe tener siempre en consideración la optimización de los procesos, la homogeneidad en su fabricación, entre otros aspectos comerciales, ya que serán volúmenes bastante mayores en donde los costos de producción y de competitividad son determinantes.

¿Qué tipo de colaboración o apoyo sería necesario por parte del sector privado, el Estado y/o la academia para acelerar esta transición?

Actualmente, existen algunas fuentes de financiamiento para seguir escalando en madurez tecnológica, pero con resultados a largo plazo, ya que para tener resultados a corto plazo se requiere tener muchos recursos para invertir en nuevas tecnologías, espacio y mucho personal para poder lograr acelerar este tipo de iniciativas.

¿Existen actualmente conversaciones con empresas de la industria acuícola, aparte de Salmones Antártica, interesadas en aplicar esta tecnología? ¿Cuál es el llamado que realiza para que se motiven a probar este innovador bioadsorbente?

Actualmente, no. Las únicas conversaciones han sido con Salmones Antártica, que nos apoyó en la Etapa 1 del proyecto y nos seguirá apoyando en la Etapa 2. De todas maneras, este es un buen paso, ya que con Salmones Antártica podemos tener las pruebas en terreno y en sistemas de aguas reales.

Más que un llamado a probar el bioadsorbente, es un llamado a poder crear lazos industria-academia. Se tiene un gran potencial, y principalmente hablo por el grupo de investigación que yo lidero en biomateriales biobasados y bioinspirados, donde cada día se están generando nuevas ideas para contribuir en el desarrollo y minimización de los impactos ambientales causados por contaminantes, metales pesados u otras sustancias tóxicas presentes en sistemas ambientales o hasta liberación controlada de fármacos. Por ejemplo: mejorar la gestión de residuos y la calidad de agua (altos contenidos de nutrientes), contaminación por residuos orgánicos y eutrofización, valorización de residuos para obtener nuevos productos y brindarle una segunda vida útil o valor agregado, siempre enfocándonos en el marco de la economía circular.

Proyección y futuro de la tecnología

¿Qué otras industrias, además de la acuícola, podrían beneficiarse de este bioadsorbente?

Este bioadsorbente tiene aplicaciones potenciales más allá de la industria acuícola. Varias otras industrias podrían beneficiarse de sus propiedades de adsorción de contaminantes, mejorando la sostenibilidad y reduciendo la contaminación en diversos sectores, como puede ser en la agricultura en remoción de pesticidas o fertilizantes y en los tratamientos de agua para riego; en la industria textil en la eliminación de colorantes; y en la industria minera, solo por mencionar algunos casos.

Claramente, nosotros tenemos la capacidad de poder realizar las modificaciones pertinentes y variar condiciones para que pueda ser más extensible o adicionar nuevos biopolímeros y modificaciones para lograr cada uno de los objetivos.

¿Cuál es su visión a largo plazo para esta tecnología en términos de impacto global y replicabilidad en otros países?

Deseamos que esta tecnología pueda contribuir a la disminución de esos impactos que actualmente se están generando por la presencia de antibióticos en sistemas ambientales, ayudando a mantener nuestra flora y fauna, como también indirectamente el cuidado de la salud. 

Como mencioné, nosotros como grupo de investigación cada día estamos implementado nuevos desarrollos y obteniendo biomateriales para ser aplicados en diferentes problemáticas ambientales y de salud pública.

¿Qué mensaje le da al sector privado respecto a la importancia de invertir en soluciones innovadoras como esta para avanzar hacia un modelo más sostenible?

Es muy importante afianzar los nexos industria-academia y poder generar proyectos en colaboración donde la fuente de financiamiento provenga del sector privado, y así poder ayudar a obtener resultados a corto plazo. Claramente estamos en la búsqueda de soluciones pertinentes a cada sector y en miras que este tipo de tecnologías puedan ser aplicadas en otras problemáticas globales.

Contacto

¿Cuál es el siguiente paso para el proyecto en términos de investigación o implementación?

Los pasos a seguir como grupo de investigación es postular a nuevas fuentes de financiamiento para continuar validando nuestro producto, tanto a nivel de escalamiento como en sistemas de aguas reales y a nivel de cultivos; así como también seguir afianzando características y mejorando propiedades que hagan que el producto sea más competitivo y mayormente eficiente.

¿Hay alguna iniciativa o evento donde se pueda conocer más sobre esta tecnología o cómo colaborar con su equipo?

Se pueden generar muy buenos lazos y colaboraciones para complementar nuestro equipo de investigación a solucionar problemas atingentes al rubro. A veces, por desconocimiento mismo, no conocemos algunas problemáticas y nosotros podríamos ayudarlos a solucionar cosas como: disminuir los excesos de nutrientes; capturar compuestos nitrogenados, ya que esto es fuente de proliferación de microalgas; valorización de residuos, etcétera. 

Siempre estamos dispuestos a generar más Investigación, Desarrollo e innovación (I+D+i), por lo si alguien está interesado en generar colaboraciones, proyectos colaborativos o solución de alguna problemática en donde podamos nosotros ayudar, será el nexo perfecto para comenzar esa vinculación. 

El contacto del Dr. Daniel Palacio Badel es: dapalacio@udec.cl.