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Sensores microscópicos impresos en 3D para detectar gases y vapores peligrosos

Científicos respaldados por la Unión Europea han impreso con éxito diminutos sensores de gas en 3D que imitan los mecanismos de cambio de color observados en los pavos reales. Los sensores responden ópticamente a las trazas de gas en hogares, entornos laborales y vehículos.

Investigación fundamental
Salud

Determinados tipos de sensores detectan e identifican diferentes tipos de contaminantes peligrosos, como gases tóxicos o explosivos. Algunos miden también la concentración del gas. Dado que pasamos la mayor parte de nuestros días en casa, en el trabajo o viajando en nuestros vehículos, el control de los niveles de contaminantes de manera fiable y rentable debería mejorar nuestro estado de salud y bienestar general. Científicos del Trinity College de Dublín (TCD), Irlanda, y el Centro de Investigación para la Investigación de Materiales Avanzados y Bioingeniería (AMBER) de Science Foundation Ireland, auspiciado por el TCD, han descubierto cómo crear diminutos sensores de gas que cambian de color. Para lograr este descubrimiento revolucionario, utilizaron nuevos materiales y una forma de impresión 3D de alta resolución. Los hallazgos, respaldados parcialmente por los proyectos ChemLife y 5D NanoPrinting, financiados con fondos europeos, se publicaron recientemente en la revista «Journal of Materials Chemistry C».

Cuando la química inteligente se encuentra con un diseño inteligente

Los sensores de gas microscópicos impresos en 3D pueden controlarse en tiempo real y utilizarse para detectar disolventes que emiten vapores al aire. En el caso de ser inhalados, los vapores de disolventes pueden provocar tos, mareos y dolores de cabeza. Estos sensores son una solución prometedora como dispositivos conectados y económicos que pueden ser utilizados en los hogares. También pueden integrarse en dispositivos ponibles para el seguimiento de la salud. En una nota de prensa del TCD, el autor principal, el doctor Colm Delaney, coordinador del proyecto ChemLife e investigador de la Facultad de Química del TCD y de AMBER, explica que el equipo logró esta innovación: «mediante una técnica conocida como Escritura láser directa (DLW, por sus siglas en inglés), que nos permite focalizar un láser en un punto extremadamente pequeño y usarlo a continuación para crear diminutas estructuras en tres dimensiones a partir de los polímeros blandos que desarrollamos en el laboratorio». La investigación se centró en el diseño, modelado y fabricación de estas estructuras diminutas en materiales que responden a estímulos. El equipo desarrolló diseños y predijo la respuesta de diferentes estructuras. Louise Bradley, coautora y catedrática de Fotónica del TCD, comenta que el equipo puede lograr que las estructuras «respondan a la luz, el calor y la humedad para crear sistemas que realmente reproducen la viveza, la respuesta sigilosa y la capacidad de camuflaje que se encuentra en la naturaleza. Las diminutas matrices reactivas, de menor tamaño que un lunar, pueden utilizarse para darnos una cantidad de información increíble sobre la química de su entorno».

Contaminantes peores de lo que se pensaba

La coautora del estudio, la doctora Larisa Florea, de la Facultad de Química y de AMBER, ofrece algunas estadísticas reveladoras sobre los contaminantes en nuestros hogares, oficinas y vehículos. «Los modelos sugieren que la concentración de contaminantes puede ser entre cinco y cien veces superior a la concentración presente en el exterior. Es una idea inquietante si consideramos que la Organización Mundial de la Salud señala que el 90 % de la población mundial vive en zonas que exceden los límites estándar aceptables para el aire. Estos contaminantes pueden verse influenciados por el aire ambiente, la presencia de productos químicos, las fragancias, la calidad alimentaria y la actividad humana, y tienen un efecto pronunciado en nuestra salud». Florea concluye: «Hasta la fecha, los sensores de gas de interiores se han centrado casi exclusivamente en la detección de fugas, humo y dióxido de carbono. Incluso los avances iterativos, para incluir humedad relativa, niveles de oxígeno, dióxido de carbono, compuestos orgánicos volátiles (COV) y amoníaco en tiempo real, podrían desempeñar un gigantesco papel en el desarrollo de un ecosistema de control ambiental doméstico. Este podría garantizar que el control de la salud y el bienestar adquiera un papel protagonista en el futuro de la construcción de viviendas y la automatización». El proyecto ChemLife (Artificial micro-vehicles with life-like behaviour) continuará hasta septiembre de 2023. El proyecto 5D NanoPrinting (Functional & Dynamic 3D Nano- MicroDevices by Direct Multi-Photon Lithography) finaliza en agosto de 2024. Para más información, consulte: Proyecto ChemLife Proyecto 5D NanoPrinting

Palabras clave

ChemLife, 5D NanoPrinting, sensor, gas, vapor, contaminante, disolvente, salud

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