Los investigadores de la Universidad de Delaware están desarrollando sensores que esperan permitirán en tiempo real, Detección in situ de contaminantes del agua y del aire de forma económica y respetuosa con el medio ambiente.

Juejun Hu y Chaoying Ni del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de UD están creando pequeños, dispositivos altamente sensibles que detectarán orgánicos, especies moleculares inorgánicas y biológicas en niveles bajos en el medio ambiente. El equipo está financiado por una subvención inicial del Programa Experimental de Delaware de la Fundación Nacional de Ciencias para estimular la investigación competitiva (EPSCoR).

"Estamos creando nanoestructuras para detectar moléculas químicas de una manera muy sensible, "dijo Hu, un profesor asistente que es el investigador principal del proyecto.

Con más investigación y desarrollo, los dispositivos podrían integrarse en portátiles, paquetes de sensores alimentados por batería, reemplazando detectores moleculares más tradicionales, que requieren equipos voluminosos y costosos.

Implementado en una red sobre el terreno, una serie de pequeños sensores podría detectar contaminación en el aire, agua y suelo en tiempo real y transmitir esa información de forma inalámbrica a una computadora.

Un obstáculo importante que impide que los sensores pequeños se conviertan en reemplazos prácticos de máquinas voluminosas es que la nueva tecnología es aún menos sensible y específica en su detección que los instrumentos actualmente en uso. El proyecto tiene como objetivo crear sensores que superen estos obstáculos.

"Es un nuevo tipo de sensor, "dijo Ni, profesor adjunto. "Es muy pequeño y, más importante, es muy sensible y muy específico ".

Los investigadores utilizan un haz de iones enfocado (FIB) para perforar una tira delgada de vidrio de calcogenuro (ChG) de unos pocos micrómetros de espesor, o alrededor de una décima parte del ancho de un cabello. Cuando la luz atraviesa la franja, las moléculas en el ambiente absorben selectivamente uno o algunos colores particulares de la luz. Las señales de absorción óptica únicas se pueden utilizar para identificar la presencia y concentración de las moléculas de interés. Los investigadores planean agrupar a varios de los pequeños, dispositivos del tamaño de un chip juntos para crear un sensor capaz de detectar múltiples tipos de moléculas.

"En el final, el dispositivo será muy sensible en comparación con la tecnología actual. Esperamos una mejora de dos a cuatro órdenes de magnitud, ", dijo Hu." También será pequeño y dejará una huella muy pequeña. Una vez integrado, será del tamaño de un disco de hockey y se puede colocar discretamente en el entorno ".

Desde que los investigadores comenzaron el proyecto hace aproximadamente un año, han creado con éxito varios chips, aunque han encontrado algunos problemas en el camino.

"Fabricar el dispositivo fue difícil, "dijo Ni." Los agujeros tienen que ser perforados con gran precisión. Por eso necesitamos el haz de iones enfocado, que resultó ser perfecto para este proyecto ".

Aunque el proyecto aún se encuentra en sus primeras etapas, con las pruebas que solo comenzaron el otoño pasado, Hu ya está pensando en los beneficios prácticos que los dispositivos podrían tener para el medio ambiente.

"Podremos monitorear continuamente los contaminantes ambientales, así sabremos si el agua de un arroyo se está contaminando o si una planta química tiene una fuga. También podemos utilizarlo para detectar fugas tóxicas en plantas industriales, " él dijo.

Hu agregó que una vez que la tecnología sea lo suficientemente sensible, Los sensores a escala de chip podrían ser útiles en otros campos, incluida la biomedicina.

"Podríamos usar los dispositivos para detectar ciertas enfermedades mediante el análisis de la respiración de un paciente, ", dijo." El sensor podría detectar trazas de moléculas en el aire que exhalan ".

Ni estuvo de acuerdo en que los dispositivos podrían tener un impacto significativo. "Podrían ser algo que cambie el juego, " él dijo.