Científicos de Trinity y AMBER, el Centro de Investigación de SFI para Materiales Avanzados e Investigación de Bioingeniería, han descubierto una forma de fabricar pequeños sensores de gas que cambian de color utilizando nuevos materiales y una forma de impresión 3D de alta resolución.

Los sensores, sensibles, impreso, Estructuras ópticas microscópicas:se pueden monitorear en tiempo real, y se utiliza para la detección de vapores de disolventes en el aire. Existe un gran potencial para que estos sensores se utilicen en dispositivos de bajo costo para el hogar, o integrado en dispositivos portátiles utilizados para controlar la salud humana.

La mayoría de las personas pasan gran parte de su vida dentro de sus hogares, carros, o entornos laborales, por lo que la capacidad de monitorear de manera económica y precisa los niveles de contaminantes, por ejemplo, podría ser un cambio de juego dentro de un contexto de salud y bienestar.

El trabajo estuvo a cargo de Larisa Florea, Profesor asistente en la Escuela de Química de Trinity, e investigador principal en AMBER, en colaboración con Louise Bradley, Profesor de la Escuela de Física de Trinity, y realizado en CRANN, el Centro Trinity de Investigación sobre Nanoestructuras y Nanodispositivos Adaptativos. Colaborador industrial y líder en el campo de la detección de gases, Dr. Radislav Potyrailo de GE Research, Niskayuna Nueva York, también ha estado involucrado en todo momento.

Los resultados del equipo se acaban de publicar como parte de un número especial que muestra el trabajo del profesor Florea como investigador emergente en el Revista de Química de Materiales C .

Autor principal del artículo de la revista, Dr. Colm Delaney, de la Facultad de Química de Trinity y becario de investigación en AMBER, dijo:

"Hace más de 300 años, Robert Hooke investigó por primera vez los colores vibrantes del ala de un pavo real. Solo siglos después, los científicos descubrieron que la coloración efervescente no fue causada por los pigmentos tradicionales, sino por la interacción de la luz con pequeños objetos en la pluma. objetos que tenían apenas unas millonésimas de metro de tamaño.

"Hemos tomado este diseño biológico, visto desde una urraca hasta un camaleón, para hacer algunos materiales realmente interesantes. Logramos esto mediante el uso de una técnica conocida como escritura láser directa (DLW), lo que nos permite enfocar un láser en un punto extremadamente pequeño, y luego usarlo para hacer pequeñas estructuras en tres dimensiones a partir de los polímeros blandos que desarrollamos en el laboratorio ".

Colaborador del proyecto, Profesor de Fotónica en Trinity, Louise Bradley, un investigador financiado en AMBER, adicional:

"La investigación que realizamos entre los dos grupos se centra en el diseño, modelado, y fabricación de estas diminutas estructuras en materiales sensibles a los estímulos. Jing Qian, un doctorado fantástico. estudiante de mi laboratorio ha pasado mucho tiempo desarrollando diseños, y predecir la respuesta de diferentes estructuras, que podemos tener responder a la luz, calor, y humedad para crear sistemas que realmente puedan recrear la viveza, respuesta sigilosa, y capacidad de camuflaje que se encuentra en la naturaleza. Las diminutas matrices receptivas, que son más pequeños que una peca, se puede utilizar para decirnos mucho sobre la química de su entorno ".

¿Por qué son pequeños? ¿Son útiles los sensores de colores? Si bien los sensores físicos tradicionales han reforzado un mercado de vida conectada, existe un retraso en el bajo costo, Plataformas adaptables de detección de sustancias químicas que se pueden utilizar.

Los sensores fotónicos han hecho avances considerables para ofrecer alternativas precisas y robustas, con un consumo mínimo de energía, bajos costos operativos y alta sensibilidad. Esta es un área en la que el Dr. Potyrailo y GE Research han trabajado en la comercialización durante muchos años.

Profesora Larisa Florea, de la Escuela de Química de Trinity y AMBER, dijo:

"Hemos creado impreso, Estructuras ópticas microscópicas que se pueden monitorear en tiempo real, y se utiliza para la detección de gases. La capacidad de imprimir un material tan ópticamente sensible tiene un gran potencial para su incorporación en dispositivos de detección de bajo costo para hogares, o en dispositivos portátiles para monitorear analitos.

"Pasamos la mayor parte de nuestras vidas dentro de nuestros hogares, carros, o ambientes de trabajo. Los modelos sugieren que la concentración de contaminantes puede oscilar entre 5 y 100 veces la concentración que se encuentra en el exterior. Este es un pensamiento inquietante cuando consideramos que la Organización Mundial de la Salud sugiere que el 90% de la población mundial vive en áreas que exceden los límites aceptables del estándar de aire. Estos contaminantes pueden verse influenciados por el aire ambiente, presencia química, fragancias calidad de la comida, y la actividad humana y tienen un profundo efecto en nuestra salud.

"Hasta la fecha, Los sensores de gas de interior se han centrado casi exclusivamente en las fugas, fumar, y detección de dióxido de carbono. Incluso los avances iterativos, para incluir la humedad relativa, niveles de oxigeno, dióxido de carbono, carbonos orgánicos volátiles (COV), y el amoníaco en tiempo real podrían desempeñar un papel enorme en el desarrollo de un ecosistema de monitoreo ambiental doméstico. Esto podría garantizar que el control de la salud y el bienestar se convierta en un elemento central del futuro de la automatización y la construcción de viviendas ".