Cientistas da Trinity e AMBER, o Centro de Pesquisa SFI para Materiais Avançados e Pesquisa em BioEngineering, descobriram uma maneira de fabricar minúsculos sensores de gás que mudam de cor usando novos materiais e uma forma de impressão 3D de alta resolução.

Os sensores - responsivos, impresso, estruturas ópticas microscópicas - podem ser monitoradas em tempo real, e usado para a detecção de vapores de solvente no ar. Há um grande potencial para esses sensores serem usados ​​em conexões, dispositivos de baixo custo para residências, ou integrado em dispositivos vestíveis usados ​​para monitorar a saúde humana.

A maioria das pessoas passa grande parte de suas vidas dentro de casa, carros, ou ambientes de trabalho, portanto, a capacidade de monitorar de forma barata e precisa os níveis de poluentes, por exemplo, pode ser uma virada de jogo dentro de um contexto de saúde e bem-estar.

O trabalho foi liderado por Larisa Florea, Professor Assistente na Escola de Química da Trinity, e Investigador Principal da AMBER, em colaboração com Louise Bradley, Professor na Escola de Física da Trinity, e realizado no CRANN, o Trinity Center for Research on Adaptive Nanostructures and Nanodevices. Um colaborador industrial e líder na área de detecção de gás, Dr. Radislav Potyrailo da GE Research, Niskayuna Nova York, também esteve envolvido em todo o processo.

Os resultados da equipe acabam de ser publicados como parte de uma edição especial apresentando o trabalho do professor Florea como um investigador emergente no Journal of Materials Chemistry C .

Autor principal do artigo do jornal, Dr. Colm Delaney, da Escola de Química e Pesquisador da Trinity na AMBER, disse:

"Mais de 300 anos atrás, Robert Hooke primeiro investigou as cores vibrantes na asa de um pavão. Só séculos depois os cientistas descobriram que a coloração efervescente era causada não por pigmentos tradicionais, mas pela interação da luz com pequenos objetos na pena, objetos que tinham apenas alguns milionésimos de metro de tamanho.

"Pegamos esse projeto biológico, visto desde uma pega até um camaleão, para fazer alguns materiais realmente interessantes. Conseguimos isso usando uma técnica conhecida como gravação direta a laser (DLW), o que nos permite focar um laser em um ponto extremamente pequeno, e então usá-lo para fazer estruturas minúsculas em três dimensões a partir dos polímeros macios que desenvolvemos no laboratório. "

Colaborador no projeto, Professor de fotônica na Trinity, Louise Bradley, um investigador financiado pela AMBER, adicionado:

“A pesquisa que realizamos entre os dois grupos tem como foco o design, modelagem, e fabricação dessas estruturas minúsculas em materiais responsivos a estímulos. Jing Qian, um fantástico Ph.D. aluno do meu laboratório passou muito tempo desenvolvendo projetos, e prever a resposta de diferentes estruturas, que podemos ter que responder à luz, aquecer, e umidade para criar sistemas que podem realmente recriar a vivacidade, resposta furtiva, e capacidade de camuflagem encontrada na natureza. Os pequenos arrays responsivos, que são menores que uma sarda, pode ser usado para nos contar muito sobre a química de seu ambiente. "

Por que são minúsculos, sensores coloridos são úteis? Embora os sensores físicos tradicionais tenham impulsionado um mercado de vida conectada, existe uma defasagem no baixo custo, plataformas de detecção química adaptáveis ​​que podem ser usadas.

Sensores fotônicos fizeram avanços consideráveis ​​para produzir alternativas precisas e robustas, com consumo mínimo de energia, baixo custo operacional e alta sensibilidade. Esta é uma área na qual o Dr. Potyrailo e a GE Research trabalharam na comercialização por muitos anos.

Professora Larisa Florea, da Escola de Química da Trinity e AMBER, disse:

"Criamos responsivo, impresso, estruturas ópticas microscópicas que podem ser monitoradas em tempo real, e usado para a detecção de gases. A capacidade de imprimir tal material opticamente responsivo tem profundo potencial para sua incorporação em dispositivos conectados, dispositivos de detecção de baixo custo para residências, ou em dispositivos vestíveis para monitorar analitos.

"Passamos a maior parte de nossas vidas dentro de nossas casas, carros, ou ambientes de trabalho. Os modelos sugerem que a concentração de poluentes pode ser de 5 a 100 vezes a concentração encontrada no exterior. Este é um pensamento assustador quando consideramos que a Organização Mundial da Saúde sugere que 90% da população mundial vive em áreas que excedem os limites aceitáveis ​​do padrão aéreo. Esses poluentes podem ser influenciados pelo ar ambiente, presença química, fragrâncias, qualidade alimentar, e a atividade humana e têm um efeito profundo em nossa saúde.

"A data, sensores de gás internos têm se concentrado quase exclusivamente no vazamento, fumaça, e detecção de dióxido de carbono. Mesmo avanços iterativos, para incluir a umidade relativa, níveis de oxigênio, dióxido de carbono, carbonos orgânicos voláteis (VOCs), e a amônia em tempo real pode desempenhar um papel enorme no desenvolvimento de um ecossistema de monitoramento ambiental doméstico. Isso poderia garantir que o monitoramento da saúde e do bem-estar se tornasse fundamental para o futuro da construção e automação residencial. "