22.09.2021 - Trinity College Dublin

Científicos crean sensores de gas microscópicos impresos en 3D: paletas de pintor sin una pizca de pigmento

"Las diminutas matrices de respuesta, que son más pequeñas que una peca, pueden utilizarse para decirnos una enorme cantidad de información sobre la química de su entorno"

Científicos del Trinity College de Dublín y de AMBER, el Centro de Investigación de Materiales Avanzados y Bioingeniería del SFI, han descubierto una forma de fabricar diminutos sensores de gas que cambian de color utilizando nuevos materiales y una forma de impresión 3D de alta resolución.

Los sensores -estructuras ópticas microscópicas impresas que responden- pueden controlarse en tiempo real y utilizarse para la detección de vapores de disolventes en el aire. Hay un gran potencial para que estos sensores se utilicen en dispositivos conectados de bajo coste para los hogares, o se integren en dispositivos portátiles utilizados para controlar la salud humana.

La mayoría de la gente pasa gran parte de su vida en el interior de las casas, los coches o los entornos de trabajo, por lo que la capacidad de controlar de forma barata y precisa los niveles de contaminantes, por ejemplo, podría cambiar las reglas del juego en el contexto de la salud y el bienestar.

El trabajo ha sido dirigido por Larisa Florea, profesora adjunta de la Facultad de Química de Trinity e investigadora principal de AMBER, en colaboración con Louise Bradley, profesora de la Facultad de Física de Trinity, y se ha llevado a cabo en CRANN, el Centro de Investigación sobre Nanoestructuras Adaptativas y Nanodispositivos de Trinity. El Dr. Radislav Potyrailo, colaborador industrial y líder en el campo de la detección de gases, de GE Research, Niskayuna, Nueva York, también ha participado en todo el proceso.

Los resultados del equipo acaban de publicarse en un número especial de la revista Journal of Materials Chemistry C en el que se destaca el trabajo del profesor Florea como investigador emergente.

El autor principal del artículo de la revista, el Dr. Colm Delaney, de la Facultad de Química de Trinity e investigador de AMBER, dijo: "Hace más de 300 años, Robert Hooke investigó por primera vez los vibrantes colores del ala de un pavo real. Sólo siglos después, los científicos descubrieron que la coloración efervescente no estaba causada por los pigmentos tradicionales, sino por la interacción de la luz con objetos diminutos en la pluma, objetos que tenían un tamaño de apenas una millonésima parte de un metro.

"Hemos tomado este diseño biológico, que se ve desde una urraca hasta un camaleón, para fabricar unos materiales realmente emocionantes. Para ello, utilizamos una técnica conocida como escritura láser directa (DLW), que nos permite enfocar un láser en un punto extremadamente pequeño y utilizarlo para crear estructuras diminutas en tres dimensiones a partir de los polímeros blandos que desarrollamos en el laboratorio".

La colaboradora del proyecto, la profesora de fotónica del Trinity, Louise Bradley, investigadora financiada por AMBER, añadió: "La investigación que llevamos a cabo entre los dos grupos se centra en el diseño, la modelización y la fabricación de estas estructuras diminutas en materiales que responden a estímulos. Jing Qian, una fantástica estudiante de doctorado de mi laboratorio, ha dedicado mucho tiempo a desarrollar diseños y a predecir la respuesta de diferentes estructuras, que podemos hacer que respondan a la luz, el calor y la humedad para crear sistemas que puedan recrear realmente la vivacidad, la respuesta furtiva y la capacidad de camuflaje que se encuentran en la naturaleza". Las diminutas matrices de respuesta, que son más pequeñas que una peca, pueden utilizarse para decirnos una enorme cantidad de información sobre la química de su entorno".

¿Por qué son útiles los diminutos sensores de colores?

Mientras que los sensores físicos tradicionales han reforzado el mercado de la vida conectada, existe un retraso en las plataformas de detección química adaptables y de bajo coste que pueden utilizarse.

Los sensores fotónicos han avanzado mucho en la creación de alternativas precisas y robustas, con un consumo mínimo de energía, bajos costes de funcionamiento y alta sensibilidad. El Dr. Potyrailo y GE Research llevan muchos años trabajando en su comercialización.

La profesora Larisa Florea, de la Facultad de Química de Trinity y de AMBER, dijo: "Hemos creado estructuras ópticas microscópicas, impresas y con capacidad de respuesta, que pueden controlarse en tiempo real y utilizarse para la detección de gases. La capacidad de imprimir este tipo de material ópticamente sensible tiene un profundo potencial para su incorporación en dispositivos de detección conectados y de bajo coste para los hogares, o en dispositivos portátiles para la monitorización de analitos.

"Pasamos la mayor parte de nuestras vidas dentro de nuestras casas, coches o entornos de trabajo. Los modelos sugieren que la concentración de contaminantes puede ser entre 5 y 100 veces mayor que la encontrada en el exterior. Es un pensamiento inquietante si tenemos en cuenta que la Organización Mundial de la Salud sugiere que el 90% de la población mundial vive en zonas que superan los límites aceptables de la norma del aire. Estos contaminantes pueden verse influidos por el aire ambiente, la presencia de sustancias químicas, las fragancias, la calidad de los alimentos y la actividad humana, y tienen un profundo efecto en nuestra salud.

"Hasta la fecha, los sensores de gases en interiores se han centrado casi exclusivamente en la detección de fugas, humo y dióxido de carbono. Incluso los avances iterativos, para incluir la humedad relativa, los niveles de oxígeno, el dióxido de carbono, los carbones orgánicos volátiles (COV) y el amoníaco en tiempo real, podrían desempeñar un enorme papel en el desarrollo de un ecosistema de vigilancia ambiental doméstica. Esto podría garantizar que la vigilancia de la salud y el bienestar se convierta en un elemento central del futuro de la construcción y la automatización de viviendas".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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