Los científicos suizos de ETH Zurich han desarrollado un termómetro que es al menos 100 veces más sensible que los sensores de temperatura anteriores. Consiste en un material híbrido bio-sintético de células de tabaco y nanotubos.
Los seres humanos se han inspirado en la naturaleza desde el principio de los tiempos. Imitamos la naturaleza para desarrollar nuevas tecnologías, con ejemplos que van desde maquinaria hasta productos farmacéuticos y nuevos materiales. Los aviones se inspiran en las aves y muchas drogas tienen su origen en las plantas. Los investigadores del Departamento de Ingeniería Mecánica y de Procesos han ido un paso más allá:para desarrollar un sensor de temperatura extremadamente sensible, examinaron de cerca las plantas sensibles a la temperatura. Sin embargo, no imitaban las propiedades de las plantas; en lugar de, desarrollaron un material híbrido que contiene, además de componentes sintéticos, las propias células vegetales. "Dejamos que la naturaleza haga el trabajo por nosotros, "explica Chiara Daraio, Catedrático de Mecánica y Materiales.
Los científicos pudieron desarrollar, con mucho, el sensor de temperatura más sensible:un módulo electrónico que cambia su conductividad en función de la temperatura. "Ningún otro sensor puede responder a fluctuaciones de temperatura tan pequeñas con cambios tan grandes en la conductividad. Nuestro sensor reacciona con una capacidad de respuesta al menos 100 veces mayor en comparación con los mejores sensores existentes, "dice Raffaele Di Giacomo, un postdoctorado en el grupo de Daraio.
El agua es reemplazada por nanotubos.
Se sabe desde hace décadas que las plantas tienen la extraordinaria capacidad de registrar diferencias de temperatura extremadamente finas y responder a ellas mediante cambios en la conductividad de sus células. Al hacerlo, las plantas son mejores que cualquier sensor artificial hasta ahora.
Di Giacomo experimentó con células de tabaco en un cultivo celular. "Nos preguntamos cómo podríamos transferir estas células a un Secar el material de tal manera que se conserven sus propiedades sensibles a la temperatura. ", relata. Los científicos lograron su objetivo al hacer crecer las células en un medio que contenía pequeños tubos de carbono. Estos nanotubos de carbono conductores de electricidad formaron una red entre las células del tabaco y también pudieron penetrar las paredes celulares. Cuando Di Giacomo secó el nanotubo -células cultivadas, descubrió un leñoso, material firme que él llama 'cyberwood'. A diferencia de la madera, este material es eléctricamente conductor gracias a los nanotubos, y curiosamente la conductividad depende de la temperatura y es extremadamente sensible, al igual que en las células de tabaco vivas.
Pantalla táctil sin contacto y cámaras sensibles al calor
Como lo demuestran los experimentos, el sensor de cyberwood puede identificar cuerpos calientes incluso a distancia; por ejemplo, una mano acercándose al sensor desde una distancia de unas pocas docenas de centímetros. La conductividad del sensor depende directamente de la distancia de la mano al sensor.
Según los científicos, Cyberwood podría utilizarse en una amplia gama de aplicaciones; por ejemplo, en el desarrollo de una 'pantalla táctil sin contacto' que reacciona a los gestos, con los gestos registrados por múltiples sensores. Igualmente concebibles podrían ser cámaras sensibles al calor o dispositivos de visión nocturna.
Pectina, agente espesante, protagonista
Los científicos de ETH, junto con un colaborador de la Universidad de Salerno, Italia, no solo sometió las propiedades de su nuevo material a un examen detallado, también analizaron los orígenes de su comportamiento extraordinario. Descubrieron que las pectinas y los átomos cargados (iones) juegan un papel clave en la sensibilidad a la temperatura tanto de las células vegetales vivas como de la madera cibernética seca. Las pectinas son moléculas de azúcar que se encuentran en las paredes celulares de las plantas y que pueden reticularse, dependiendo de la temperatura, para formar un gel. Los iones de calcio y magnesio están presentes en este gel. "A medida que aumenta la temperatura, los enlaces de la pectina se rompen, el gel se vuelve más suave, y los iones pueden moverse más libremente, "explica Di Giacomo. Como resultado, el material conduce mejor la electricidad cuando aumenta la temperatura.
Los científicos presentaron una solicitud de patente para su sensor. En el trabajo en curso, ahora lo están desarrollando aún más para que funcione sin células vegetales, esencialmente con solo pectina e iones. Su objetivo es crear un sensor transparente e incluso biocompatible con la misma sensibilidad a la temperatura ultra alta. Tal sensor podría moldearse en formas arbitrarias y producirse a un costo extremadamente bajo. Esto abrirá la puerta a nuevas aplicaciones de sensores térmicos en dispositivos biomédicos, productos de consumo y cámaras térmicas de bajo coste.
