Un team scientifico composto da ricercatori del Dipartimento di Fisica Applicata III e del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Ambientale della Scuola Tecnica Superiore di Ingegneria dell'Università di Siviglia, in collaborazione con il Gruppo EOD-CBRN della Polizia Nazionale (TEDAX), ha validato con successo uno strumento di monitoraggio chimico e ambientale eccezionalmente rapido per il rilevamento di ibuprofene nei corpi idrici. Questa collaborazione unisce le competenze universitarie in ottica applicata e ingegneria chimica all'esigenza operativa della Polizia Nazionale di identificare sostanze potenzialmente pericolose in modo non invasivo.

La tecnologia proposta dai ricercatori José Manuel Navas García, Bernabé Alonso Fariñas e Alejandro Barriga Rivera, che può essere descritta come una "fotocamera che vede oltre la luce", cattura le informazioni ottiche del campione utilizzando tecniche di imaging avanzate e separa il segnale delle molecole di interesse da quello delle altre molecole presenti nel campione. Ciò consente l'identificazione dei composti senza la necessità di contatto fisico, preparazione del campione o utilizzo di reagenti. Il principale progresso dello studio risiede nella combinazione dell'imaging iperspettrale, un tipo di fotografia che cattura la luce riflessa nello spettro visibile e infrarosso, con una tecnica matematica avanzata nota come Trasformata Wavelet. Questa trasformata agisce come un potente filtro digitale in grado di separare i dettagli che contengono informazioni significative dal rumore nel campione generato dagli altri composti chimici.

Lo studio ha convalidato l'efficacia della tecnologia nel rilevare l'ibuprofene a una concentrazione critica di 60 μg/L. Questa concentrazione rappresenta un livello rilevante per il monitoraggio di scenari ambientali ad alto rischio; è nota come concentrazione attesa senza effetto (EBC), che stabilisce il limite al di sopra del quale sono previsti effetti avversi in un ecosistema. I ricercatori hanno testato la metodologia in diverse matrici liquide, tra cui acqua in bottiglia, acqua del rubinetto (di Siviglia), una soluzione di alcol etilico e, in particolare, acqua del fiume Guadalquivir. Nel caso dell'acqua del fiume, la matrice più complessa, l'accuratezza del rilevamento è migliorata dal 55% con i metodi tradizionali al 100% con l'elaborazione computazionale progettata dai ricercatori.

Monitoraggio ambientale del futuro:
grazie alla sua rapidità e all'assenza di preparazione del campione, la tecnologia sviluppata presso l'Università di Siviglia ha un enorme potenziale per essere impiegata come strumento di monitoraggio in tempo reale per il rilevamento continuo di contaminanti emergenti. Questa metodologia può essere utilizzata su veicoli aerei autonomi, consentendo così il monitoraggio in aree difficilmente accessibili come zone umide, laghi e fiumi.

Questa linea di ricerca è iniziata presso l'Università di Siviglia sotto la direzione del professor Emilio Gómez González, presidente del Dipartimento di Fisica Applicata III, scomparso nel 2023. Inizialmente, i ricercatori hanno sviluppato metodi per rilevare particelle virali, tra cui SARS-CoV-2, il virus che causa il COVID-19, utilizzando l'imaging iperspettrale e l'intelligenza artificiale (sotto forma di reti neurali artificiali). I ricercatori del gruppo di Fisica Interdisciplinare continuano a sviluppare strategie tecnologiche che contribuiscono a migliorare la vita delle persone nel campo della tecnologia medica.

Rischio di contaminanti emergenti
: l'ibuprofene, un farmaco antinfiammatorio ampiamente consumato (con una produzione annua stimata di circa 45.233 tonnellate nel 2022), è uno dei principi attivi farmaceutici più frequentemente rilevati nelle acque dolci e salate. Ciò è dovuto al fatto che i tradizionali impianti di depurazione delle acque reflue rimuovono solo parzialmente il composto, in genere tra il 30% e il 60%. Questa persistenza rende l'ibuprofene un contaminante emergente che, insieme ad altri farmaci, rappresenta una minaccia significativa per gli ecosistemi e la salute pubblica, poiché può influenzare funzioni biologiche cruciali negli organismi acquatici, anche a concentrazioni minime. La necessità di monitorare questi composti è globale, dato che l'ibuprofene è stato rilevato persino in regioni remote come l'Antartide.

Oltre i contaminanti: sostanze pericolose.
La collaborazione con il Gruppo EOD-CBRN (TEDAX) della Polizia Nazionale sottolinea l'ampio potenziale di questo "scanner chimico". Questa tecnologia funziona identificando l'"impronta chimica" o codice a barre spettrale della sostanza di interesse. La capacità di identificare e quantificare in modo non invasivo i composti chimici nei fluidi, anche in matrici complesse, ha un impatto diretto sulla sicurezza pubblica, offrendo una piattaforma per il potenziale rilevamento rapido di altre sostanze pericolose o illecite, come agenti chimici o residui di esplosivi disciolti nei fluidi, in modo sicuro e senza contatto.