Este prometedor sensor se dobla y cambia de color cuando detecta contaminación en el ambiente

No todos los contaminantes a los que nos exponemos son visibles. Más allá de los ríos enturbiados por vertidos industriales o de los cielos cubiertos por una oscura y persistente bruma, existe una contaminación silenciosa que no deja huella a simple vista, pero que penetra en el aire que respiramos, en el agua que bebemos y en los alimentos que consumimos.

Son partículas ultrafinas, pesticidas, microplásticos o compuestos tóxicos invisibles que se acumulan lentamente en el entorno y en nuestros propios cuerpos, recordándonos que la degradación ambiental no siempre se mide por lo que podemos ver o tocar, sino también por lo que somos incapaces de percibir por nuestros cinco sentidos.

Pero la ciencia ya está trabajando en posibles remedios para esta contaminación invisible. Un claro ejemplo es el hallazgo de un grupo de investigadores del Instituto de Microelectrónica de Barcelona del CSIC (IMB-CNM-CSIC) que han desarrollado un innovador sensor, basado en polímeros, que se curva y cambia de color al detectar ciertos contaminantes.

Calidad del aire

Esta tecnología, descrita en un artículo publicado recientemente en la revista científica Advanced Optical Materials, supone una nueva vía para simplificar el control de la calidad del aire y «abre la puerta a aplicaciones en control medioambiental, diagnóstico médico y seguridad industrial», según el CSIC.

El sensor es especialmente efectivo ante fuentes de contaminación como los compuestos orgánicos volátiles (COV) presentes tanto en el aire exterior como en productos de uso cotidiano. Estas sustancias químicas están caracterizadas por su facilidad para evaporarse en el aire que respiramos.

Sustancias tóxicas

Dentro de los COV hay una variada lista de sustancias como, por ejemplo, acetileno, xileno, benceno, tolueno o formaldehído. Según la OMS, la exposición continuada a estos tóxicos puede provocar problemas como los siguientes:

• Irritación de ojos, nariz y garganta.
• Dolores de cabeza y mareos.
• Problemas respiratorios.
• Fatiga crónica.
• Mayor riesgo de cáncer.

Los efectos causados por este tipo de contaminación son más graves en niños, personas mayores y personas con enfermedades respiratorias.

Sensor

En este estudio, el equipo ha desarrollado un sensor que cambia de color cuando se ve sometido a un estímulo mecánico. Consiste en una pequeña lengüeta flexible sujeta por uno de sus extremos (en voladizo), construida con materiales plásticos formados por dos polímeros con propiedades muy distintas: el polidimetilsiloxano (PDMS) y el tiol‑eno‑epoxi no estequiométrico (OSTE+).

Cuando esta lengüeta entra en contacto con distintos vapores, cada material se hincha en diferente medida, lo que hace que el dispositivo se curve y muestre un patrón de color distinto para cada sustancia. Además, una de las superficies del voladizo contiene nanoestructuras que descomponen la luz en colores visibles y le dan un color concreto al sensor.

Gradiente de colores

Cuando el dispositivo entra en contacto con uno de los compuestos y los polímeros se hinchan, la lengüeta en voladizo se curva, pasando de tener un único color a un gradiente de colores a lo largo de la longitud de la lengüeta. Cuanto mayor es la curvatura, mayor es el gradiente de color, y se puede llegar a observar todo el espectro de color en el voladizo.

«Estamos hablando de un sensor (lengüeta) muy pequeño, de menos de 1 milímetro cuadrado de área, que ha sido microfabricado completamente en el IMB-CNM, y que se integraría en el equipo o dispositivo de control de análisis. Además, es un sistema pasivo, que no necesita electrónica propia para funcionar», detalla Mar Álvarez, científica del IMB-CNM que lidera la investigación.

Para cuantificar la respuesta del sensor a la contaminación e identificar el compuesto concreto a partir del patrón cromático en tiempo real, basta con utilizar una luz blanca y una cámara. Esta detección se puede hacer de forma sencilla, empleando incluso un teléfono móvil.

Voluminosos y costosos

Actualmente existen sistemas capaces de identificar compuestos orgánicos volátiles en el aire, pero todavía no son capaces de determinar de qué tipo de COV se trata. Únicamente detectan la concentración total de compuestos orgánicos volátiles en el ambiente. Además, son dispositivos voluminosos y costosos.

En cambio, la propuesta del IMB-CNM simplifica la detección y discriminación de compuestos orgánicos volátiles. «La discriminación es posible gracias a la diferente solubilidad de los dos polímeros en los diferentes compuestos orgánicos», explica Ferran Pujol, investigador postdoctoral del IMB-CNM y primer autor de la publicación.

A diferencia de otros sistemas que requieren superficies químicas específicas para cada compuesto, este sensor los distingue por la reacción natural de sus dos materiales sin necesidad de diseño molecular a medida.

Próximos pasos

Los próximos pasos de la investigación incluyen ampliar el abanico de compuestos orgánicos volátiles que se pueden detectar. El equipo responsable también quiere incorporar técnicas de inteligencia artificial que, por su capacidad para discriminar patrones muy parecidos, permitiría un funcionamiento robusto fuera del laboratorio.

También prevén probar el dispositivo en la detección de compuestos orgánicos volátiles presentes en el aliento humano, donde algunos de estos compuestos actúan como biomarcadores de enfermedades, lo que podría facilitar diagnósticos tempranos o el seguimiento de exposiciones químicas.