Las bandas repetidas de mayor densidad dan a este haz de cristales fotónicos de nanofibras de carbono un color característico. Cuando las fibras porosas absorben productos químicos, cambian de color, haciendo del material un sensor óptico sensible para vapores químicos. Crédito:Timothy Kelly, Química y bioquímica de UCSD
Un nuevo tipo de sensor podría advertir a los trabajadores de emergencia cuando los filtros de carbón en los respiradores que usan para evitar inhalar humos tóxicos se hayan saturado peligrosamente.
En un número reciente de la revista Materiales avanzados , un equipo de investigadores de la Universidad de California, San Diego y Tyco Electronics describen cómo fabricaron las nanoestructuras de carbono y demuestran su uso potencial como microsensores para compuestos orgánicos volátiles.
Los socorristas se protegen de tales vapores, cuya composición a menudo se desconoce, respirando a través de un recipiente lleno de carbón activado, una máscara de gas.
Las toxinas transportadas por el aire se adhieren al carbón del filtro, atrapando los materiales peligrosos.
A medida que los filtros se saturan, los productos químicos comenzarán a pasar. El respirador puede hacer más daño que bien al proporcionar una ilusión de seguridad. Pero no hay una manera fácil de determinar cuándo se gasta el filtro. Los protocolos de seguridad actuales basan la sincronización de los cambios de filtro en el tiempo que el usuario ha usado la máscara.
"Los nuevos sensores proporcionarían una lectura más precisa de cuánto material ha absorbido realmente el carbono de los filtros, "dijo el líder del equipo Michael Sailor, profesor de química y bioquímica y bioingeniería en UC San Diego. "Debido a que estas nanofibras de carbono tienen las mismas propiedades químicas que el carbón activado que se usa en los respiradores, tienen una capacidad similar para absorber contaminantes orgánicos ".
Las partículas de microsensor de cristal fotónico poroso en los extremos de las fibras ópticas pueden detectar contaminantes orgánicos. Crédito:Brian King, Química y bioquímica de UCSD
El equipo de Sailor ensambló las nanofibras en estructuras repetidas llamadas cristales fotónicos que reflejan longitudes de onda específicas. o colores, de luz. Las escamas de las alas de la mariposa Morpho, que dan al insecto su brillante coloración iridiscente, son ejemplos naturales de este tipo de estructura.
Los sensores también son de un color iridiscente, en lugar de negro como el carbón ordinario. Ese color cambia cuando las fibras absorben toxinas, una indicación visible de su capacidad para absorber sustancias químicas adicionales.
La agencia que certifica respiradores en los EE. UU., el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional, ha buscado durante mucho tiempo un sensor de este tipo, pero los requisitos de diseño para un pequeño, sensible, dispositivo económico que requiere poca energía, han resultado difíciles de encontrar.
Los materiales que fabricó el equipo son muy delgados, menos de la mitad del ancho de un cabello humano. El grupo de Sailor ha colocado previamente sensores fotónicos similares en las puntas de las fibras ópticas de menos de un milímetro de ancho y ha demostrado que se pueden insertar en los cartuchos del respirador. Y los cristales son lo suficientemente sensibles como para detectar sustancias químicas como el tolueno en concentraciones tan bajas como una parte por millón.
