Adsorción de los antibióticos doripenem y meropenem en carbón activado derivado de semillas de buah salak: mecanismo en compuestos individuales y binarios mediante experimentos y modelado

Convertir los residuos de fruta en un limpiador de agua

La contaminación por antibióticos en ríos y lagos puede parecer lejana, pero afecta a cualquiera que beba agua del grifo o se preocupe por las infecciones resistentes a los fármacos. Este estudio explora una forma ingeniosa de eliminar esos contaminantes del agua convirtiendo semillas desechadas de un fruto tropical, la salak (snake fruit), en un material filtrante potente. El trabajo muestra no solo la capacidad de este material para atrapar dos antibióticos hospitalarios importantes, doripenem y meropenem, sino que también explica en detalle cómo funciona el proceso y cómo podría respaldar una economía más circular y de bajo residuo.

Por qué los medicamentos acaban en nuestra agua

La atención sanitaria moderna depende en gran medida de los antibióticos, incluidos fármacos de último recurso usados cuando otros tratamientos fallan. Tras su uso, sin embargo, trazas de estos medicamentos suelen pasar por los pacientes y llegar a los sistemas de alcantarillado. Las plantas de tratamiento convencionales no están diseñadas para eliminar por completo moléculas tan complejas, por lo que pequeñas cantidades pueden filtrarse a ríos, aguas subterráneas e incluso al agua potable. Incluso a niveles bajos, estos residuos pueden favorecer que las bacterias desarrollen resistencia, minando el poder salvavidas de los antibióticos. Por ello, encontrar formas eficientes y asequibles de eliminar estos compuestos del agua se ha convertido en una prioridad urgente para el medio ambiente y la salud pública.

Dar una segunda vida a las semillas de salak

La salak, un cultivo común en el sudeste asiático, produce un gran número de semillas no comestibles que normalmente se tiran. Los investigadores vieron en estas semillas un material de partida gratuito y sostenible para fabricar carbón activado, una forma altamente porosa de carbono ampliamente usada en filtros. Secaron, trituraron y calentaron las semillas en pasos controlados: primero en atmósferas de nitrógeno y dióxido de carbono y luego con hidróxido de potasio. Esta doble activación creó un carbono tipo esponja con una enorme área superficial interna y una red de pasajes diminutos llamados mesoporos. Pruebas mediante microscopía electrónica y adsorción de gases confirmaron una superficie rugosa y rica en cavidades y una alta área específica de aproximadamente 1.260 metros cuadrados por gramo, características que lo hacen ideal para capturar moléculas antibióticas relativamente grandes.

Cómo el nuevo filtro atrapa los antibióticos

Para evaluar la eficacia de este carbono en la limpieza del agua, el equipo lo expuso a soluciones que contenían doripenem y meropenem, ya sea por separado o ambos juntos. En ensayos con un solo compuesto, cada gramo de carbono pudo retener hasta 193 miligramos de doripenem y 171 miligramos de meropenem, valores que se comparan favorablemente con muchos otros sorbentes de bajo coste reportados en la literatura o incluso los superan. Cuando ambos fármacos estaban presentes, la captación total disminuyó, especialmente para el meropenem, lo que revela que los dos antibióticos compiten por los mismos sitios internos. Experimentos más detallados, incluidos análisis por rayos X, adsorción de nitrógeno y espectroscopía infrarroja, mostraron que los fármacos se alojan dentro de los poros y se unen principalmente mediante fuerzas físicas débiles y enlaces de hidrógeno con grupos ricos en oxígeno en la superficie del carbono, en lugar de formar enlaces químicos permanentes.

Escudriñando en el interior de los poros

Para ir más allá de los simples números de capacidad, los investigadores aplicaron modelos estadísticos avanzados que tratan la adsorción como un proceso que ocurre en muchos sitios receptores idénticos dentro del carbono. Estos modelos les permitieron estimar cuántas moléculas de cada antibiótico pueden ocupar un único sitio, con qué densidad están distribuidos esos sitios y cómo cambia el proceso con la temperatura. Los resultados indicaron que tanto el doripenem como el meropenem comparten los mismos tipos de sitios y que cuando uno ocupa un sitio, el otro queda efectivamente excluido —una relación de antagonismo que explica la mayor pérdida de captación de meropenem en soluciones mixtas. Aumentar la temperatura del agua de 30 a 50 grados Celsius mejoró de forma consistente la adsorción, y las energías calculadas confirmaron que el proceso es endotérmico pero sigue estando regido por atracciones físicas reversibles. Esta imagen se reforzó por la ausencia de picos químicos nuevos en los espectros infrarrojos, lo que apoya un mecanismo basado en el llenado de poros e interacciones no permanentes.

Reutilizable y listo para aguas residuales reales

Como los filtros reales deben usarse muchas veces, el equipo evaluó la regeneración del carbono. Tras varios ciclos de adsorción‑desorción usando enjuagues suaves ácidos o básicos, el material todavía eliminó más del 80 por ciento de los antibióticos, con solo un declive gradual debido principalmente al bloqueo parcial de poros. Los autores sugieren pasos siguientes como probar el material en columnas de flujo continuo y en aguas residuales hospitalarias o municipales reales, donde muchas otras sustancias disueltas podrían competir por los mismos sitios. También señalan los beneficios más amplios de convertir residuos agrícolas en un recurso valioso para el tratamiento del agua que no compite con la producción de alimentos.

Qué significa esto para un agua más segura

Para el público general, el mensaje clave es que una semilla abundante y por lo demás descartada puede transformarse en un filtro muy eficaz para algunos de los antibióticos más importantes de la medicina moderna. El carbón derivado de semillas de salak captura grandes cantidades de doripenem y meropenem, lo hace principalmente mediante fuerzas suaves y reversibles, y se mantiene estable tras usos repetidos. Aunque se necesitan más pruebas en condiciones del mundo real, este enfoque ilustra cómo el diseño inteligente de materiales y la valorización de residuos pueden combinarse para abordar la contaminación por antibióticos y, a su vez, ayudar a limitar la propagación de microbios resistentes a fármacos en nuestros sistemas hídricos.

Cita: Alzahrani, E.A., Sellaoui, L., Soetaredjo, F.E. et al. Adsorption of doripenem and meropenem antibiotics on activated carbon derived from snake fruit seeds: single-compound and binary mechanism via experiments and modelling. Sci Rep 16, 13053 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41972-8

Palabras clave: purificación del agua, carbón activado, contaminación por antibióticos, aguas residuales farmacéuticas, residuos de biomasa