Un nuevo El versátil sensor compuesto de plástico puede detectar pequeñas cantidades de agua. El material imprimible en 3-D, desarrollado por un equipo de científicos hispano-israelí, es barato, flexible y no tóxico y cambia su color de púrpura a azul en condiciones de humedad. Los investigadores, dirigido por Pilar Amo-Ochoa de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), utilizó la fuente de luz de rayos X PETRA III de DESY para comprender los cambios estructurales dentro del material que son provocados por el agua y conducen al cambio de color observado. El desarrollo abre la puerta a la generación de una familia de nuevos materiales funcionales imprimibles en 3D. El estudio se publica en Materiales funcionales avanzados .

En muchos campos, incluida la salud, control de calidad de los alimentos, monitoreo ambiental y aplicaciones técnicas, existe una creciente demanda de sensores sensibles que muestren cambios rápidos y simples en presencia de moléculas específicas, y los sensores de agua se encuentran entre los más utilizados. "Es importante comprender la cantidad de agua presente en un determinado entorno o material, "explica el científico de DESY Michael Wharmby, coautor del artículo y director de la línea de luz P02.1 donde se examinó el material del sensor con rayos X. "Por ejemplo, si hay demasiada agua en el aceite, puede que no lubrique bien las máquinas, y si hay demasiada agua en el combustible, puede que no se queme correctamente ".

La parte funcional del nuevo material sensor de los científicos es un polímero de coordinación a base de cobre, un compuesto con una molécula de agua unida a un átomo de cobre central. "Al calentar el compuesto a 60 grados Celsius, cambia de color de azul a morado, "dice Pilar Amo-Ochoa." Este cambio se puede revertir dejándolo en el aire, poniéndolo en agua, o ponerlo en un solvente con trazas de agua ". Usando rayos X de alta energía de la fuente de luz de investigación de DESY, PETRA III, en la estación experimental P02.1, los científicos observaron que en la muestra calentada a 60 grados Celsius, se había eliminado la molécula de agua unida a los átomos de cobre. Esto conduce a una reorganización estructural reversible del material, que es la causa del cambio de color.

"Habiendo entendido esto, pudimos modelar la física de este cambio, "explica el coautor José Ignacio Martínez del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC). Los científicos pudieron mezclar el compuesto de cobre en una tinta de impresión 3D e imprimir sensores en varias formas diferentes que probaron en aire y con disolventes que contienen diferentes cantidades de agua. Estas pruebas mostraron que los objetos impresos son incluso más sensibles a la presencia de agua que el compuesto por sí mismo, gracias a su naturaleza porosa. En solventes, los sensores impresos ya podían detectar entre un 0,3 y un 4 por ciento de agua en menos de dos minutos. En aire, pudieron detectar una humedad relativa del 7 por ciento.

Si está seco, ya sea en un solvente libre de agua o por calentamiento, el material se vuelve violeta. Una investigación detallada mostró que el material es estable incluso durante muchos ciclos de calentamiento, y los compuestos de cobre se distribuyen uniformemente por los sensores impresos. También, el material es estable en el aire durante al menos un año y también en un rango de pH biológico relevante de 5 a 7. "Además, La naturaleza altamente versátil de la impresión 3D moderna significa que estos dispositivos se pueden utilizar en una gran variedad de lugares diferentes. ", enfatiza el coautor Shlomo Magdassi de la Universidad Hebrea de Jerusalén. Agrega que el concepto también podría usarse para desarrollar otros materiales funcionales.

"Este trabajo muestra los primeros objetos compuestos impresos en 3D creados a partir de un polímero de coordinación no poroso, ", dice el coautor Félix Zamora de la Universidad Autónoma de Madrid." Se abre la puerta al uso de esta gran familia de compuestos que son fáciles de sintetizar y exhiben interesantes magnéticos, propiedades conductoras y ópticas, en el campo de la impresión funcional en 3-D ".