La producción de sensores de alta sensibilidad es un proceso complejo:requiere muchos pasos y el entorno casi libre de polvo de las salas blancas especiales. Un equipo de investigación de Ciencia de Materiales en la Universidad de Kiel (CAU) y de Ingeniería Biomédica en la Universidad Técnica de Moldavia ha desarrollado un procedimiento para producir sensores extremadamente sensibles y energéticamente eficientes utilizando impresión 3D. El método de producción simple y rentable también es adecuado para la producción industrial, el equipo explicó recientemente en la reconocida revista especializada Nano energía . Su sensor, que presentan aquí, es capaz de medir con precisión la concentración de vapor de acetona utilizando una estructura especial a nivel nano. Como la concentración de acetona en el aliento se correlaciona con los niveles de azúcar en sangre, el equipo de investigación espera haber dado un paso hacia la producción de una prueba de aliento para diabéticos que podría reemplazar el control diario de sus niveles de azúcar en sangre por pinchazos en los dedos.

La superficie más grande hace que el sensor sea más sensible

La superficie especial de los nuevos sensores es visible bajo un microscopio electrónico de alta resolución:moléculas de gases como la acetona se enredan con especial facilidad en una maraña de nanocables de tan solo 20 nanómetros de diámetro. Los nano-cables / picos aumentan el tamaño de la superficie del sensor y, por lo tanto, crean su alto nivel de sensibilidad. "Para hacer esta estructura especial, calentamos micropartículas simples de metal hasta que se forman numerosos nanocables y nanopikes finos en ellas. Con una tinta especialmente desarrollada, podemos aplicar estas partículas con precisión a varias superficies usando una impresora 3-D, "dijo Leonard Siebert, explicando lo que se conoce como "Escritura de tinta directa". Como investigadora doctoral en el grupo de trabajo de Nanomateriales Funcionales de la CAU, él está investigando tecnologías de producción aditiva como la impresión 3-D, entre otras cosas.

Procedimiento multifacético para acetona y otros gases.

Debido a su concepto de sensor especial, El proceso de impresión 3D automatizado presentado en el estudio se puede realizar en aire ambiente normal. De este modo, se crean varios sensores al mismo tiempo en unos pocos minutos, algo que solía llevar un par de horas en salas blancas. El material de partida también se puede variar de manera selectiva, cambiando el tamaño y la estructura y permitiendo la detección de cierto gas. "Esto es todavía, primero y ante todo, investigación básica, pero este principio podría usarse en el futuro para desarrollar sensores de hidrógeno u otros gases explosivos y peligrosos, "Profesor Rainer Adelung, jefe del grupo de trabajo de la Universidad de Kiel, esta convencido.

Las partículas de metal como material de partida para los sensores deben tener un tamaño determinado para formar los cables especiales y las nanopúas. "La alta relación correcta entre superficie y volumen es crucial, ", explicó el Dr. Oleg Lupan de Ingeniería Biomédica de la Universidad Técnica de Moldavia. Como miembro de Humboldt, investigó este proceso durante seis meses como parte del grupo de trabajo en Kiel. Lo que es ventajoso para la sensibilidad de los sensores resulta ser un desafío cuando se trata de su producción:mientras que las partículas más pequeñas se pueden aplicar a las superficies fácilmente utilizando técnicas establecidas como sistemas de pulverización o evaporación al vacío, las micropartículas utilizadas aquí ya son demasiado grandes para esto. "Por esta razón, consideramos el uso de impresoras 3-D para aplicar las micropartículas, ", dijo el científico de materiales Siebert." El conocimiento de materiales y dispositivos de colegas de la Universidad Técnica de Moldavia y nuestra experiencia en nanomateriales e impresión 3D se complementan perfectamente aquí ".

La eficiencia energética permite aplicaciones móviles

Cuando las moléculas orgánicas se encuentran con los numerosos cables en el sensor terminado, reaccionan fuertemente entre sí. Al hacerlo, cambian la resistencia del sensor y emiten señales claramente medibles. En principio, sin embargo, solo un volumen muy pequeño de electricidad pasa a través de los cables delgados. "Por lo tanto, nuestros sensores solo usan muy poca energía, ", explicó Lupan." Esto hace que sean concebibles pequeños dispositivos de medición portátiles, también, que se puede leer directamente a través del teléfono inteligente, por ejemplo."

Los investigadores esperan que esto pueda permitir el uso futuro de los sensores en dispositivos móviles, pruebas de aliento portátiles para diabéticos. En lugar de controlar sus niveles de azúcar en sangre con un pinchazo en el dedo varias veces al día, los diabéticos podían medir el contenido de acetona en su aliento. El producto metabólico se crea cuando hay una falta de insulina y se emite a través de la respiración. Los sensores de alta sensibilidad podrían determinar valores de acetona por debajo de 1 ppm (partículas por millón de moléculas de aire), informó el estudio, mientras que el aliento de las personas con diabetes tipo I o II tiene un contenido de acetona de más de 2 ppm.