Desarrollaron un sensor óptico para detectar gases tóxicos
Enviado el Tuesday, 04 February a las 01:00:00 por redaccion
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Anonymous escribió "Está recubierto de un material con poros microscópicos que cambia de color. Un dispositivo que permite detectar la presencia en el aire de
moléculas específicas de un compuesto, por ejemplo, un gas tóxico, fue
diseñado por un equipo liderado por un profesor de la Facultad de
Ciencias Exactas y Naturales (FCEyN) de la Universidad de Buenos Aires
e investigador del Conicet. Ya posee una patente compartida por el
Conicet y el Instituto de Ciencia de Materiales (ICM) de Sevilla,
España.
"Se trata de cristales recubiertos con una fina película de un óxido
con poros del tamaño de unos pocos nanómetros [la millonésima parte del
milímetro]", explica el doctor Galo Soler Illia, profesor del
Departamento de Química Inorgánica de la FCEyN.
Esa porosidad le confiere al material una gran superficie expuesta: por
ejemplo, un gramo de óxido de silicio tiene entre 600 y 1000 metros
cuadrados de superficie disponible para reaccionar con cualquier
sustancia con la que entre en contacto.
El trabajo fue realizado junto
con el doctor Hernán Míguez, del ICM de Sevilla, un argentino que
emigró en los setenta.
Para obtener los poros, se fabrica un molde con micelas, burbujas
nanométricas que se forman cuando un detergente se mezcla con agua.
"Todas las micelas tienen el mismo tamaño", subraya Soler Illia.
En la solución con detergente, los investigadores incluyen un
compuesto inorgánico que forma un óxido alrededor de las micelas.
Las
unidades inorgánicas y las micelas se autoensamblan y forman un
compuesto en el que las micelas quedan ordenadas y rodeadas por una
matriz de óxido, como si fuera un queso gruyer. Luego, con calor, se
eliminan las micelas y quedan los huecos nanométricos.
El resultado es una película delgada y transparente, muy porosa, que
se deposita sobre un sustrato de vidrio. Ese producto, un pequeño
ladrillo iridiscente con dos caras, es un cristal fotónico. Cuando la
luz incide en él y traspasa ambas capas, se produce un efecto de
difracción e interferencia, y el cristal sólo refleja luz de un color
dado. Es un color intenso y bien definido, que depende del índice de
refracción de cada uno de los componentes: el sustrato y la película
que lo recubre. Así, el patrón opera como una huella digital.
Cuando sobre ese cristal se condensa un vapor o se deposita una gota
de una sustancia determinada, por ejemplo, un componente de un gas, el
índice de refracción se modifica y cambia el patrón de colores. Ese
cambio es percibido por un sensor que podría, por ejemplo, hacer sonar
una alarma. Así se podría detectar la presencia de vapores tóxicos en
una planta de fabricación de solventes, por ejemplo, o regular las
condiciones óptimas para almacenar alimentos o granos.
Lo interesante es que estos materiales transmiten información a
través de la luz, en lugar de la electricidad, evitando así el uso de
cables. Por ejemplo, el dispositivo puede colocarse a la salida de una
chimenea, y sobre él se hace incidir un rayo de luz, cuya trayectoria
es detectada por un sensor.
Cristales iridiscentes
Los cristales fotónicos también existen en la naturaleza, por
ejemplo, en las alas de las mariposas, y son los responsables de los
colores iridiscentes (de arco iris) que se producen por la difracción
de luz. No se deben a la presencia de pigmentos, sino a la estructura
porosa de las pequeñas escamas presentes en las alas de esos insectos.
Los investigadores, como arquitectos moleculares, pueden manipular
los materiales y conferirles las propiedades deseadas. En esa tarea,
participan químicos, físicos, ingenieros, entre otros. De hecho, la
mayor parte del sensor en cuestión fue realizada por la ingeniera María
Cecilia Fuertes, en su doctorado en ciencias de los materiales, en la
Universidad Nacional de San Martín, con la dirección de Soler Illia.
Si bien ya se cuenta con una patente, ésta es de aplicación general.
"Cuando aparezcan los compradores, tendremos que buscar el diseño que
se ajuste a cada necesidad -reflexiona Soler Illia-.
Según el tamaño,
la forma y la química
superficial de los poros, se puede determinar qué moléculas se pegarán
a la superficie y cuáles no, lo que permite diseñar una respuesta muy
específica."
Los investigadores poseen una "biblioteca" con los datos de cada uno
de los productos. "Así podemos seleccionar un diseño que pueda ser
útil, por ejemplo, al encargado de una planta que, para proteger la
vida de sus operarios, necesita un sensor que dispare una alarma cuando
aumenta la concentración de determinado tóxico", dice.
Estos sensores ópticos poseen un alto valor agregado, detrás del
cual, además de neuronas, hay una gran infraestructura. En efecto, para
hacer una película delgada porosa se necesita una batería de técnicas
de análisis, con equipos de alta complejidad, para ver "si la
composición es la deseada, si los poros están donde deben estar y si
tienen el tamaño esperado". Son técnicas electroquímicas, de
espectrometría, de difracción de rayos X y microscopía electrónica,
entre otras.
"Este es uno de los roles que desempeña hoy la universidad: disponer
de una buena infraestructura de equipos y recursos humanos para generar
valor agregado", concluye.
Centro de Divulgación Científica de la FCEyN, de la UBA
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