Un nuevo sensor permite la detección de contaminantes ambientales en tiempo real mediante patrones de color
El dispositivo, desarrollado por el IMB-CNM-CSIC, utiliza polímeros y nanoestructuras fotónicas para identificar compuestos orgánicos volátiles mediante una respuesta cromática inmediata
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La detección de contaminantes ambientales en tiempo real podría dar un salto significativo gracias a un nuevo sensor pasivo que cambia de color al entrar en contacto con distintas sustancias. El dispositivo ha sido desarrollado por un equipo del Instituto de Microelectrónica de Barcelona del CSIC (IMB-CNM-CSIC) y permite identificar compuestos orgánicos volátiles (VOCs) mediante una lectura visual directa, sin necesidad de sistemas electrónicos complejos.
La tecnología, publicada en la revista Advanced Optical Materials, se perfila como una solución para simplificar el control de la calidad del aire y abre nuevas posibilidades en ámbitos como el control medioambiental, el diagnóstico médico o la seguridad industrial.
Un reto persistente en el control ambiental
Los compuestos orgánicos volátiles están presentes tanto en el aire exterior como en numerosos productos de uso cotidiano y constituyen una fuente habitual de contaminación. Sin embargo, su vigilancia requiere habitualmente equipos voluminosos, costosos y con capacidad limitada de discriminación química, lo que dificulta su despliegue a gran escala.
Para abordar este desafío, el equipo del IMB-CNM ha desarrollado un sensor ambiental basado en polímeros que responde de forma diferente a cada compuesto, generando una señal visual inmediata.
Cómo funciona el sensor mecanocrómico
El dispositivo consiste en una lengüeta flexible en voladizo, de menos de 1 mm², fabricada íntegramente en el IMB-CNM. Está formada por dos polímeros con propiedades contrastadas: polidimetilsiloxano (PDMS) y tiol-eno-epoxi no estequiométrico (OSTE+).
Cuando el sensor entra en contacto con vapores químicos, cada polímero se hincha en distinta proporción, provocando la curvatura del voladizo. Esta deformación mecánica altera el comportamiento óptico de unas nanoestructuras fotónicas integradas en la superficie, generando patrones de color específicos para cada sustancia.
El sensor tiene menos de 1 mm² de superficie, es totalmente pasivo y puede leerse en tiempo real utilizando únicamente luz blanca y una cámara, incluso la de un teléfono móvil.
Cuanto mayor es la curvatura, mayor es el gradiente cromático, pudiendo llegar a observarse todo el espectro visible a lo largo del sensor.
Lectura inmediata y sin electrónica
Según explica Mar Álvarez, investigadora del IMB-CNM y responsable del estudio, se trata de “una tecnología que permite detectar e identificar compuestos volátiles de forma rápida”. La ausencia de electrónica propia convierte al dispositivo en una solución robusta, compacta y de bajo consumo, especialmente adecuada para monitorización distribuida.
Para cuantificar la respuesta en tiempo real, basta con capturar la imagen del patrón cromático generado y analizarlo mediante técnicas ópticas sencillas.
Una alternativa a los sensores convencionales
Los sistemas comerciales actuales permiten detectar la concentración total de VOCs, pero no discriminan el tipo de compuesto presente. Además, requieren instrumentación compleja. El sensor desarrollado por el IMB-CNM supera esta limitación gracias a la diferente solubilidad de los polímeros frente a cada sustancia.
Como señala Ferran Pujol, primer autor del trabajo, la discriminación se basa en los parámetros de solubilidad de Hansen (dispersión, polaridad y enlaces de hidrógeno), lo que permite identificar patrones de respuesta específicos sin recurrir a superficies químicas diseñadas a medida.
Próximas aplicaciones y líneas de investigación
Los próximos pasos del proyecto incluyen la ampliación del abanico de compuestos detectables, la integración de técnicas de Inteligencia Artificial para mejorar la discriminación de patrones complejos y la validación del sistema fuera del entorno de laboratorio.
El equipo también prevé explorar su aplicación en la detección de VOCs presentes en el aliento humano, donde determinados compuestos actúan como biomarcadores de enfermedades, abriendo la puerta a diagnósticos tempranos y al seguimiento de exposiciones químicas.
