Espintrónica de base biológica: sensores de campo magnético sostenibles - impresos
Partículas con núcleo de hierro y óxido de hierro en una matriz de celulosa sustituyen a materias primas problemáticas
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Los sensores de campo magnético se encuentran en automóviles, smartphones y sistemas de seguridad. Pero muchos de estos componentes están fabricados con materiales que no son respetuosos ni con la salud ni con el medio ambiente y cuya producción es compleja. En Nature Communications, un equipo internacional dirigido por investigadores del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ha presentado ahora una alternativa sostenible: sensores impresos compuestos de hierro, óxido de hierro y materiales de base biológica como la celulosa y el almidón. Miden los campos magnéticos de forma fiable, se fabrican ahorrando recursos y pueden eliminarse de forma segura o reciclarse tras su uso.
Sensor de campo magnético biodegradable impreso en un tomate: un ejemplo de bioelectrónica sostenible.
Lin Guo
Hierro, celulosa y cera de abejas: un equipo internacional dirigido por investigadores de la HZDR ha demostrado que estos materiales respetuosos con el medio ambiente bastan para fabricar novedosos sensores de campo magnético. En lugar de utilizar métodos de fabricación tradicionales, el equipo opta por tintas de base biológica y tecnologías de impresión industrial.
Hoy en día, los sensores de campo magnético son uno de los productos invisibles producidos en serie en la industria electrónica. Miden movimientos, posiciones o distancias y pueden encontrarse en contactos de ventanas, volantes, discos duros, envases y teléfonos móviles. Cada año se fabrican miles de millones de estos componentes. "Muchos de estos sensores contienen materiales como níquel o cobalto", explica el Dr. Denys Makarov, jefe del Departamento de Materiales y Sistemas Inteligentes del Instituto de Física de Haz de Iones e Investigación de Materiales de la HZDR. "Son materiales que pueden dañar el medio ambiente y la salud si no se eliminan adecuadamente". Al mismo tiempo, producirlos suele requerir procesos que consumen mucha energía y pasos de fabricación complejos.
El desarrollo de sensores sostenibles es un reto técnico. Aunque el hierro es fácilmente disponible y biocompatible, por sí solo no alcanza la sensibilidad necesaria para muchos de los sensores de campo magnético actuales. Por ello, el equipo de investigadores combinó hierro con óxido de hierro y desarrolló unas partículas especiales en las que el núcleo de hierro está rodeado por una fina capa de óxido.
"La humanidad conoce el hierro y la celulosa desde hace siglos", afirma Lin Guo, que está llevando a cabo el proyecto en su tesis doctoral. "El reto es desarrollar un sensor que funcione de forma útil con estos materiales sostenibles". Para ello, señala, son cruciales la composición y el procesamiento precisos de las partículas. Según el equipo, los sensores impresos alcanzan niveles de sensibilidad comparables a las soluciones comerciales actuales en determinadas áreas.
Los sensores se fabrican mediante serigrafía, un proceso más familiar en la industria textil. En lugar de retirar una gran superficie de material, la capa del sensor se aplica de forma selectiva. Sólo imprimimos sensores donde los necesitamos", explica Makarov. Esto no sólo ahorra material, sino también energía.
Cuando los sensores pueden desaparecer
El final de la vida útil de los sensores también desempeñó un papel importante en el desarrollo. La electrónica convencional suele utilizarse hasta que se rompe y hay que deshacerse de ella. El objetivo del presente estudio es utilizar materiales que puedan degradarse o reciclarse después de forma segura. Por ello, se incrustaron partículas con núcleo de óxido de hierro en una matriz de materiales biocompatibles como la celulosa y el almidón. Una capa de polímeros biocompatibles o materiales naturales como la cera de abejas protege los sensores de la humedad y determina su vida útil. "Encapsulando los sensores impresos podemos regular cuánto tiempo permanecen estables", dice Guo. La vida útil puede adaptarse individualmente a las distintas aplicaciones. Si la matriz biológica se disuelve después en agua, lo que queda son principalmente partículas de hierro oxidadas. "Eso es básicamente óxido", dice Denys Makarov. Las sustancias potencialmente tóxicas, como ciertos compuestos de níquel y cobalto, se excluyen intencionadamente del proceso.
La tecnología necesaria para fabricar sensores de campo magnético impresos ya tiene licencia. Ahora, el equipo trabaja en aplicaciones específicas, sobre todo en campos en los que los componentes electrónicos sólo se necesitan durante cierto tiempo, como los envases inteligentes, los productos médicos desechables y los sistemas de sensores agrícolas. Aquí, los sensores de campo magnético sostenibles podrían, en el futuro, ayudar a producir electrónica de forma más sostenible.
Paralelamente, el equipo ya está trabajando en otros conceptos. Los proyectos futuros se centrarán, entre otros aspectos, en encapsulados más duraderos, nuevos materiales biocompatibles e integración de sensores en sistemas electrónicos flexibles.
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.
Publicación original
Lin Guo, Rui Xu, Proloy Taran Das, Eduardo Sergio Oliveros-Mata, Xuan Peng, Oleksandr V. Pylypovskyi, René Hübner, Fabian Ganss, Xiaotao Wang, Yi Li, Sebastian Gepp, Yevhen Zabila, Xilai Bao, Shengbin Li, Qihao Zhang, Igor Veremchuk, Željko Janićijević, Larysa Baraban, Clemens Voigt, Sindy Mosch, Oliver Gutfleisch, Run-Wei Li, Denys Makarov; "Eco-sustainable magnetoresistive sensors towards disposable magnetoelectronics"; Nature Communications, Volume 17, 2026-3-27
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