El monitoreo de la calidad del agua se realiza actualmente principalmente en tomas de suministro de agua o plantas de tratamiento de agua. en lugar de a lo largo de las líneas de distribución de agua o en el punto de uso. Esto es inadecuado porque pueden ocurrir cambios negativos en la calidad del agua entre la fuente de agua y su grifo. Es esencial monitorear este recurso natural clave en busca de varios contaminantes, como iones tóxicos de metales pesados, dentro de los sistemas de distribución y tratamiento de agua.
Se necesitan tecnologías de detección precisas y accesibles para garantizar el control continuo de la calidad del agua y las capacidades de alerta temprana para evitar catástrofes de seguridad pública como la actual crisis del agua de Flint en Michigan.
Durante el 64 ° Simposio y Exposición Internacional de AVS, que se llevará a cabo del 29 de octubre al noviembre. 3, 2017, en Tampa, Florida, Junhong Chen, profesor distinguido de ingeniería mecánica, ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Wisconsin-Milwaukee, presentará su trabajo sobre la invención de una plataforma de detección basada en grafeno para tiempo real, Detección de bajo costo de varios contaminantes del agua. El nuevo sensor detecta metales pesados, bacterias nitratos y fosfatos.
"Nuestra tecnología aborda una necesidad insatisfecha de monitoreo de bajo costo de contaminantes críticos en el agua potable, ", dijo Chen." El agua juega un papel importante en el mundo económico, pero solo el 3 por ciento del agua disponible es potable, y con una demanda creciente, la necesidad de agua potable está aumentando ".
Grafeno una sola capa de átomos de carbono dispuestos en una red de panal de abeja 2-D, es un nanomaterial prometedor gracias a su estructura y propiedades eléctricas únicas.
"El grafeno intrínseco es un semiconductor de espacio cero que tiene una movilidad de electrones notablemente alta (100 veces mayor que la del silicio), lo que lo hace atractivo para sensibles, Sensores químicos y biológicos de alta velocidad debido a su alta sensibilidad a las perturbaciones electrónicas, " él dijo.
El sensor funciona colocando nanohojas basadas en grafeno que son semiconductoras entre un espacio entre electrodos. La conductividad eléctrica del material de grafeno cambia con la unión de sustancias, llamados analitos, a su superficie y sus componentes químicos son identificados y medidos.
"La magnitud del cambio de conductividad puede correlacionarse con la concentración de analito, y la tecnología también implica la funcionalización de la superficie del material de grafeno con sondas específicas que pueden apuntar a un analito específico, "dijo Chen.
El sensor se basa en un dispositivo de transistor de efecto de campo (FET) con óxido de grafeno reducido (rGO) como canal de detección. "El principio de funcionamiento del sensor es que la conductividad de rGO (generalmente medida en resistencia) cambia con la unión de productos químicos como metales pesados a las sondas ancladas en la superficie de rGO, ", dijo." De modo que la presencia de los productos químicos se puede determinar midiendo el cambio de resistencia del sensor ".
Al implementar estos sensores en tiempo real para monitorear los contaminantes del agua en los sistemas de distribución de agua, según Chen, podrían proporcionar una alerta temprana de la contaminación química y biológica del agua, mejorar la seguridad del agua y los beneficios para la salud pública.
"La tecnología de la plataforma también se puede diseñar para detectar varios analitos para alimentos y bebidas, así como para aplicaciones biomédicas, "dijo Chen.
Chen ha lanzado una startup, NanoAffix Science LLC, para comercializar su tecnología de detección de la calidad del agua. Con financiación de la National Science Foundation y en asociación con varias empresas de agua, ya han desarrollado un prototipo de dispositivo de mano para Detección de bajo costo de iones de plomo en el agua potable. "Ahora estamos refinando el prototipo para convertirlo en un producto comercial en un futuro cercano, "dijo Chen.
