Faixas repetitivas de maior densidade dão a esse feixe de cristais fotônicos de nanofibra de carbono uma cor característica. Quando as fibras porosas absorvem produtos químicos, eles mudam de cor, tornando o material um sensor óptico sensível para vapores químicos. Crédito:Timothy Kelly, UCSD Química e Bioquímica
Um novo tipo de sensor pode alertar os trabalhadores de emergência quando os filtros de carbono nos respiradores que usam para evitar a inalação de vapores tóxicos se tornam perigosamente saturados.
Em uma edição recente da revista Materiais avançados , uma equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia, San Diego e Tyco Electronics descrevem como fizeram as nanoestruturas de carbono e demonstram seu uso potencial como microssensores para compostos orgânicos voláteis.
Os socorristas se protegem de tais vapores, cuja composição é frequentemente desconhecida, respirando através de uma lata cheia de carvão ativado - uma máscara de gás.
As toxinas transportadas pelo ar aderem ao carbono no filtro, aprisionando os materiais perigosos.
À medida que os filtros ficam saturados, produtos químicos começarão a passar. O respirador pode então fazer mais mal do que bem, fornecendo uma ilusão de segurança. Mas não há uma maneira fácil de determinar quando o filtro está gasto. Os protocolos de segurança atuais baseiam o tempo das mudanças do filtro em quanto tempo o usuário usa a máscara.
"Os novos sensores forneceriam uma leitura mais precisa de quanto material o carbono nos filtros realmente absorveu, "disse o líder da equipe Michael Sailor, professor de química e bioquímica e bioengenharia na UC San Diego. "Como essas nanofibras de carbono têm as mesmas propriedades químicas do carvão ativado usado em respiradores, eles têm uma capacidade semelhante de absorver poluentes orgânicos. "
Partículas de microssensores de cristal fotônico poroso nas extremidades das fibras ópticas podem detectar poluentes orgânicos. Crédito:Brian King, UCSD Química e Bioquímica
A equipe de Sailor montou as nanofibras em estruturas repetidas chamadas cristais fotônicos que refletem comprimentos de onda específicos, ou cores, de luz. As escamas das asas da borboleta Morpho, que dão ao inseto sua brilhante coloração iridescente, são exemplos naturais desse tipo de estrutura.
Os sensores são de uma cor iridescente também, em vez de preto como o carbono comum. Essa cor muda quando as fibras absorvem toxinas - uma indicação visível de sua capacidade de absorver produtos químicos adicionais.
A agência que certifica respiradores nos EUA, o Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional, há muito tempo buscava esse tipo de sensor, mas os requisitos de design para um minúsculo, confidencial, dispositivo barato que requer pouca energia, provaram ser difíceis de encontrar.
Os materiais que a equipe fabricou são muito finos - menos da metade da largura de um cabelo humano. O grupo de Sailor já havia colocado sensores fotônicos semelhantes nas pontas das fibras ópticas com menos de um milímetro de diâmetro e mostrado que eles podem ser inseridos em cartuchos de respiradores. E os cristais são sensíveis o suficiente para detectar produtos químicos como o tolueno em concentrações tão baixas quanto uma parte por milhão.
