Científicos de la Universidad Federal del Lejano Oriente (FEFU), Rama del Lejano Oriente de la Academia de Ciencias de Rusia, Universidad Tecnológica de Swinburne, y el Melbourne Centre for Nanofabrication desarrollaron un detector ultrasensible basado en silicio negro. El dispositivo es capaz de detectar trazas de compuestos nitroaromáticos y se puede aplicar para identificar la mayoría de explosivos o contaminantes altamente tóxicos para evaluaciones médicas y forenses. El artículo relacionado fue publicado en Sensores ACS .

El nuevo sensor se basa en el llamado "silicio negro" que se fabrica mediante grabado reactivo de alto rendimiento de sustratos de silicio disponibles comercialmente. Tal silicio grabado tiene una superficie puntiaguda nanoestructurada que exhibe propiedades ópticas únicas. Después de grabar, la superficie está cubierta con una monocapa de moléculas de carbazol. Este proceso se llama funcionalización química ya que las moléculas adheridas imparten al sustrato una función importante, a saber, la capacidad de unir y concentrar compuestos nitroaromáticos en la superficie. La monocapa de carbazol hace que el dispositivo sea sensible a sustancias nitroaromáticas tan difundidas como el nitrobenceno, o-nitrotolueno, 2,4-dinitrotolueno, etc. Sin embargo, el sensor no reacciona a la presencia de otras moléculas, como el benceno, tolueno, tetraclorometano, metanol, etanol, etcétera.

"Los compuestos nitroaromáticos se pueden encontrar en las aguas residuales de plantas de pintura o instalaciones militares y son extremadamente peligrosos para el medio ambiente. Además, también forman parte de muchos explosivos. Su detección en concentraciones de trazas representa una tarea práctica importante y compleja. Nuestra plataforma de sensores identifica la presencia de compuestos nitroaromáticos mediante el registro de los cambios en el espectro de luminiscencia de la capa funcional de carbazol que reacciona selectivamente a las moléculas nitroaromáticas, "dijo Alexander Kuchmizhak, un investigador asociado en el Centro de Ciencia y Tecnología de VR y AR, FEFU.

Según el científico, El silicio negro nanoestructurado utilizado como base del dispositivo le confiere una alta sensibilidad y un rango de medición dinámica sin precedentes. En el laboratorio, el sensor puede proporcionar información sobre la presencia de moléculas tóxicas en líquidos o gases en varios minutos.

"La combinación de propiedades morfológicas y ópticas únicas del silicio negro que se combinan con métodos fáciles de implementar de la química de la superficie utilizados para funcionalizar la superficie del silicio con moléculas de carbazol permitió lograr una sensibilidad sin precedentes. Nuestro sensor es capaz de detectar compuestos nitroaromáticos en concentraciones de ppt (parte por billón o 10 ^-10 %). El rango de medición dinámico extremadamente amplio es causado por la morfología puntiaguda única del silicio negro que proporciona una concentración local desigual de moléculas de carbazol creando sitios de superficie con diferente sensibilidad. "explicó Alexander Mironenko, el diseñador del sensor, y un asociado de investigación senior en el Instituto de Química, FEB RAS.

Los científicos afirmaron que se espera que la fabricación de la nueva plataforma de sensores sea bastante barata en comparación con los análogos existentes. Es más, el mismo sensor se puede utilizar varias veces. Puede convertirse en parte de los sistemas de sensores de gas que garantizan la seguridad pública y ecológica.

Los participantes del trabajo representaron a la Universidad Federal del Lejano Oriente, Instituto de Química e Instituto de Automatización y Procesos de Gestión de la Rama del Lejano Oriente de la Academia de Ciencias de Rusia, Universidad Tecnológica de Swinburne, y Melbourne Centre for Nanofabrication.