Non moita xente coñece a estrutura atómica da perovskita. Porén, case todo o mundo sabe das súas cualidades excepcionais, que converten este material nun dos elementos máis prometedores cara a unha transición enerxética. A perovskita emprégase para todo porque as súas propiedades semicondutoras permiten, ao mesmo tempo, aforrar enerxía e aumentar potencia. No caso das luces LED, o seu descubrimento foi unha auténtica revolución. Mais non todo brilla, nin sequera cando falamos da capacidade luminosa: tradicionalmente as perovskitas fanse cunha base de metais pesados, como o chumbo, un material de sobra coñecido pola súa capacidade para acumularse no noso organismo.
Rosana Simón, investigadora e profesora do grupo de Inmunoloxía, leva anos estudando a toxicidade dunha infinidade de nanomateriais co obxectivo de establecer cales son os límites de seguridade á súa exposición. Nun estudo publicado na revista académica Advanced Science, a doutora Simón analizou os niveis de toxicidade de dous elementos que se están a estudar na actualidade para reemprazar o chumbo: o bismuto e o estaño. Porque, tal e como defende esta científica do CINBIO (centro que pertence á rede de excelencia científica CIGUS potenciada pola Xunta de Galicia), o avance na ciencia non é incompatible coa procura de alternativas ao status quo máis seguras e sostibles.
Unha estrutura altamente eficiente
O descubrimento da perovskita, un mineral conformado por calcio, osíxeno e titanio (CaTiO3), remóntase ao ano 1839, durante unha expedición aos Montes Urais do químico de orixe alemá Gustav Rose. O seu nome é unha homenaxe de Rose ao mineraloxista ruso Lev Perovski. Con todo, o termo pervoskita abarca moitísimo máis, xa que tamén se emprega para denominar a todos aqueles compostos deseñados no laboratorio que manteñen a estrutura cristalina deste mineral.
As súas propiedades excepcionais son consecuencia, en parte, da sua estrutura cúbica, que é capaz de atrapar a luz no seu interior producindo enerxía dun xeito moi eficiente. Nos últimos anos, a perovskita causou unha auténtica revolución científica, máis aínda no eido da enerxía solar, onde o seu deseño versátil e de baixo custo permite que se adapte a moitas superficies diferentes, como xanelas ou roupa.
Válido para todo
Recentemente tamén se investiga o emprego perovskita como posible material para a creación de sistemas refrixerantes que non leven elementos contaminantes, presentándose como unha alternativa máis sostible ao arrefriamento das nosas neveiras e fogares.
Porén, segundo explica a doutora Simón, as propiedades da perovkista tamén veñen dadas polos metais pesados que leva: “Son os que favorecen as incribles capacidades semicondutoras tan avanzadas, máis aínda no caso dos nanocristais de perovskita, xa que a escala ‘nano’ axuda a que esta propiedade condutora sexa moi superior á doutros materiais que existían ata o momento”. O maior caso de éxito, de sobra coñecido, é a existencia das luces LED, moito máis eficientes dende o punto de vista enerxético e que, ademais, presentan unha maior intensidade luminosa.
É aquí onde comezan os problemas, xa que os metais pesados teñen a característica de acumularse na contorna e no noso organismo causando enfermidades. Como é lóxico, isto xa se está intentando solucionar, implementando proteccións nos materiais xa dende o proceso de fabricación, mais a realidade é moito máis complicada: “A auga de chuvia e outros efectos atmosféricos poden facer que se liberen estes metais, pasando a formar parte de toda a cadea alimentaria, e é isto o que deu un pouco a voz de alarma”, lembra Simón.
Estudáronse diversas opcións para previr o problema, como recubrir as superficies da perovskita con outros materiais que impidan o contacto da auga co metal pesado. Con todo, sempre hai unha opción moito máis segura: empregar outros elementos que non sexan chumbo, como o bismuto ou o estaño. “Parece que ningún deles chega a ter aínda a capacidade semicondutora do chumbo, mais nestes intres as investigación céntranse en mellorar esas capacidades e así poder optar ao emprego dunha alternativa máis verde”, explica a investigadora do CINBIO.
O veleno vén nunha pequena dose
Co obxectivo de contribuír a esta nova liña de traballo, o grupo de Inmunoloxía decidiuse a estudar a toxicidade destas alternativas ás perovskitas tradicionais como froito dunha colaboración co grupo do doutor Lakshminarayana Polavarapu, investigador do CINBIO e especialista na síntese destes materiais. Como? Analizando o impacto do bismuto e do estaño en distintos tipos de células humanas e embrións de peixe cebra, un modelo animal moi empregado en estudos toxicolóxicos e no que teñen moita experiencia o grupo da doutora Laura Sánchez, da Universidade de Santiago de Compostela (USC), que tamén colaborou neste traballo.
No estudo publicado en Advanced Science, o equipo do CINBIO céntrase nas células do sangue, dos pulmóns e do fígado, onde atoparon diferentes problemáticas, iso si, todas elas asociadas á toxicidade dos materiais estudados. Os resultados do traballo amosan ao mesmo tempo que o estaño podería presentar un perfil de impacto máis seguro tanto no medio ambiente como no organismo, o cal “apoiaría o seu potencial como alternativa máis respctuosa”. Pola contra, o bismuto presentou un perfil de toxicidade moi semellante ao do chumbo, de aí a recomendación dos autores e autoras a extremar as precaucións no seu emprego como substituto, e a recomendación de levar a cabo estudos toxicolóxicos mais avanzados.
A investigación centrouse tamén na toxicidade dos nanocristais de perovskita, que empregan como precursor para a súa síntese os mesmos elementos. Segundo explica Simón, a escala tamén é un compoñente importante á hora de falar de toxicidade: “Os nanocristais teñen unha capacidade moito máis grande para entrar nas células, son como pequenos cabalos de Troia”.
Mellorar a seguridade
Con todo, a investigadora fai unha chamada á tranquilidade, xa que a toxicidade é algo que depende, nunha medida moi grande, da exposición: na actualidade hai fármacos indicados para problemas dixestivos que levan unha base de bismuto o cal, segundo sinala a científica da UVigo, deixa constancia da súa compatibilidade co organismo: “O problema está nas grandes cantidades, como a xente que traballa cunha exposición moi grande ao material durante a sua fabricación, ou nos ríos ou encoros que se atopen cerca desa fábrica. Estes materiais poden entrar no noso organismo por distintas vías, como a respiratoria e a vía oral, a través da auga contaminada ou incluso da cadea alimentaria”, sinala Simón.
A importancia de traballos como os que se levan a cabo no grupo de Inmunoloxía é vital para avanzar cara a un futuro máis sostible sen deixar a un lado a seguridade. De feito, tal e como lembra Simón, a colaboración que deu froito a este estudo comezou grazas a un debate regulatorio e político que rematou nos laboratorios: “Había unha necesidade de definir a perigosidade destes metais, de igual xeito que aconteceu no pasado con outros materiais como o amianto”.
Porén, neste caso o que se procura é establecer unha marxe de seguridade moito antes de que isto afecte negativamente a saúde das persoas, tal e como aconteceu co amianto. Porque iso é o fin último da investigación científica, avanzar sen deixar a ninguén atrás.
Referencia: The Toxicity of Lead and Lead-Free Perovskite Precursors and Nanocrystals to Human Cells and Aquatic Organisms (Publicado en Advanced Science)
