Inspirado en la anatomía de los insectos, un equipo de investigación interdisciplinario de la Universidad de Alberta ha ideado una forma novedosa de detectar de forma rápida y precisa sustancias químicas peligrosas en el aire.

El trabajo comenzó con Arindam Phani, un estudiante de posgrado en el Departamento de Ingeniería Química y de Materiales de la U of A, quienes observaron que la mayoría de los insectos tienen pelos diminutos en la superficie de su cuerpo, y no está claro para qué sirven los pelos. Tratando de dar sentido a lo que estos pelos pueden ser capaces de hacer, Phani diseñó experimentos que incluían un "bosque" de pequeños pelos en un delgado chip de cristal vibrante, bajo la dirección de su asesor académico Thomas Thundat, la Cátedra de Investigación de Canadá en Ingeniería Molecular de Arenas Petrolíferas. Los dos unieron fuerzas con Vakhtang Putkaradze, Profesor centenario en el Departamento de Ciencias Matemáticas y Estadísticas de la Universidad de Alberta.

Los experimentos y la explicación teórica posterior formaron el meollo de un nuevo estudio publicado en la edición del 6 de septiembre de Informes científicos , una en línea, Revista de acceso abierto de los editores de Naturaleza .

"Queríamos hacer algo que nadie más hace, "dice Putkaradze, un matemático que también es un reconocido experto en el campo de la mecánica. "Cuando se utilizan resonadores como sensores, la mayoría de la gente quiere deshacerse de la disipación o la fricción porque se considera muy indeseable, tiende a oscurecer lo que está tratando de medir. Hemos tomado esa cosa indeseable y la hemos hecho útil ".

"Detectar sustancias químicas sin receptores químicos ha sido un desafío en condiciones normales, "dice Thundat, un experto líder mundial en el campo de la detección. "Nos dimos cuenta de que hay una gran cantidad de información contenida en la pérdida por fricción de un resonador mecánico en movimiento y es más pronunciada a nanoescala".

La idea es que cualquier objeto que se mueva rápidamente por el aire pueda probar las propiedades del entorno circundante. Imagina tener una varita en la mano y moverla hacia adelante y hacia atrás, e, incluso con los ojos cerrados, puede sentir si la varita se mueve en el aire, agua, o cariño, con solo sentir la resistencia. Ahora, imagina esta varita con miles de millones de pequeños pelos en ella, moviéndose hacia adelante y hacia atrás varios millones de veces por segundo, e imagina las posibilidades de detección.

"Con las nanoestructuras, podemos sentir pequeños cambios en el aire que rodea al resonador, ", dice Putkaradze." Esta sensibilidad hace que el dispositivo sea útil para detectar una amplia variedad de productos químicos ".

Phani, quién es el primer autor de la publicación, cree que "mecanismos similares que implican movimientos de nanocabellos pueden ser utilizados para la detección por organismos vivos". Debido a que la fricción cambia drásticamente con cambios mínimos en el entorno y es fácil de medir, Es posible que eventualmente se produzca un dispositivo del tamaño similar o un poco más grande que un cubo de Rubik y diseñado para conectarse a una pared.

En el presente, El dispositivo del grupo está diseñado principalmente para detectar vapores químicos en el aire.

"Pensamos que este dispositivo puede funcionar como un espectrómetro más pequeño y económico, medir productos químicos en el rango de partes por millón, "dice Putkaradze.

Putkaradze explica que, aparte del tamaño y el costo razonable, lo que distingue al dispositivo de los equipos más grandes y costosos es su versatilidad. "Debido a que nuestro sensor no está dirigido a detectar ningún producto químico específico, puede interpretar una amplia gama, y no requiere que conectemos las moléculas a nada para crear una respuesta mecánica, lo que significa que también es reutilizable ".

El equipo agrega que el uso más inmediato y obvio será para el monitoreo de la calidad del aire ambiental. Dice Putkaradze, "nos gustaría trabajar con aplicaciones como la aplicación de la ley y los laboratorios científicos, pero el uso más obvio es para la observación ambiental de la contaminación química del aire en las ciudades y la industria de recursos ".

Las iteraciones futuras están orientadas a detectar partículas, como polvo, así como la cantidad de virus presentes en el aire. invaluable para la salud pública.