Desarrollo de películas de nanofibras de celulosa funcionalizadas con curcuminoides para aplicaciones en sensores ópticos de contaminantes metálicos en agua

Abstract

La contaminación de los cuerpos de agua del planeta es una realidad que pone en riesgo la vida de las personas, animales y de los ecosistemas involucrados. Bajo este paradigma, se ha planteado la síntesis de nuevos materiales y generación de dispositivos diseñados tanto para la detección oportuna de los contaminantes, como para su adsorción. En esta investigación se prepararon y caracterizaron películas de nanofibras de celulosa oxidada que fueron funcionalizadas con un curcuminoide de tipo ceto-iminato, diseñadas para la detección de iones metálicos en soluciones acuosas. Se emplearon diversas técnicas para caracterizar los materiales de la investigación: espectroscopías de infrarrojo (FTIR), de fotoelectrones de rayos X (XPS), Raman, de ultravioleta-visible (UV-VIS) y de fluorescencia; espectrometría de masas; microscopías electrónicas de barrido (SEM) y de transmisión (TEM), así como microscopía de fuerza atómica (AFM) y resonancia magnética nuclear de protones (RMN-H1). Los resultados de FTIR, Raman, XPS confirmaron la funcionalización exitosa de la molécula en la matriz de nanocelulosa, mientras que las técnicas de SEM, TEM y AFM mostraron cambios en la morfología del material luego de la funcionalización. Por su parte, de los estudios de fluorescencia se concluye que el enlace covalente entre el curcuminoide y las nanofibras de celulosa preservó la estructura activa del sistema ceto-iminato, permitiendo su coordinación con iones metálicos y otras moléculas. El estudio de las propiedades ópticas mostró que el curcuminoide y el material funcionalizado exhiben una emisión fluorescente significativa en su forma prístina sin coordinar. Ante la coordinación con -BF2, los dos sistemas exhibieron una respuesta óptica con un apagamiento de la señal fluorescente y un desplazamiento al rojo en la emisión a longitudes de onda de 506 nm y 494 nm para el curcuminoide y la película funcionalizada, respectivamente. Por su parte, en la coordinación con iones metálicos se detectó que los iones metálicos paramagnéticos (Cu2+, Fe2+ y Fe3+) suprimieron la emisión fluorescente de los compuestos, destacando la sensibilidad del sistema frente a dichos analitos y lo que subraya el potencial de este material para aplicaciones en la detección de contaminantes. De esta forma, las películas de nanofibras de celulosa funcionalizadas con curcuminoides presentan un gran potencial como sensores ópticos para la detección de iones metálicos en soluciones acuosas. El sistema híbrido, que destaca por la combinación de las propiedades fluorescentes del curcuminoide y la capacidad estructural de la celulosa, ofrece una plataforma versátil y prometedora para el desarrollo de dispositivos de detección portátiles, económicos y eficaces en la monitorización de contaminantes metálicos en el agua.