p A produção de sensores altamente sensíveis é um processo complexo:requer muitas etapas e o ambiente quase livre de poeira de salas limpas especiais. Uma equipe de pesquisa da Ciência de Materiais da Universidade de Kiel (CAU) e da Engenharia Biomédica da Universidade Técnica da Moldávia desenvolveu agora um procedimento para produzir sensores extremamente sensíveis e eficientes em energia usando impressão 3-D. O método de produção simples e econômico também é adequado para a produção industrial, a equipe explicou recentemente na renomada revista especializada Nano Energia . Seu sensor, que eles apresentam aqui, é capaz de medir com precisão a concentração de vapor de acetona usando uma estrutura especial no nível nano. Como a concentração de acetona na respiração se correlaciona com os níveis de açúcar no sangue, a equipe de pesquisa espera ter dado um passo em direção à produção de um teste de respiração para diabéticos que poderia substituir a verificação diária de seus níveis de açúcar no sangue por picadas no dedo. p Superfície maior torna o sensor mais sensível

p A superfície especial dos novos sensores é visível sob um microscópio eletrônico de alta resolução:moléculas de gases como a acetona são particularmente facilmente emaranhadas em um emaranhado de nanofios de apenas 20 nanômetros de diâmetro. Os nanofios / pontas aumentam o tamanho da superfície do sensor e, assim, criam seu alto nível de sensibilidade. "Para fazer essa estrutura especial, aquecemos micropartículas simples de metal até que vários nanofios e nanopikes se formem nelas. Com uma tinta especialmente desenvolvida, podemos aplicar essas partículas com precisão em várias superfícies usando uma impressora 3-D, "disse Leonard Siebert, explicando o que é conhecido como "Direct Ink Writing". Como pesquisador de doutorado no grupo de trabalho Nanomateriais Funcionais do CAU, ele está pesquisando tecnologias de produção aditiva, como impressão 3-D, entre outras coisas.

p Procedimento multifacetado para acetona e outros gases

p Devido ao seu conceito especial de sensor, o processo de impressão 3-D automatizado apresentado no estudo pode ser realizado em ar ambiente normal. Desta maneira, vários sensores são criados ao mesmo tempo em poucos minutos, algo que costumava demorar algumas horas em salas limpas. O material de partida também pode ser variado de uma maneira direcionada, mudando o tamanho e a estrutura e permitindo a detecção de um determinado gás. "Isso ainda é, em primeiro lugar, pesquisa básica, mas este princípio pode ser usado no futuro para desenvolver sensores para hidrogênio ou outros gases explosivos e perigosos, "Professor Rainer Adelung, chefe do grupo de trabalho da Universidade de Kiel, está convencido.

p As partículas de metal como matéria-prima para os sensores devem ter um certo tamanho para formar os fios especiais e os nanopikes. "A alta proporção correta entre a superfície e o volume é crucial, "explicou o Dr. Oleg Lupan, da Engenharia Biomédica da Universidade Técnica da Moldávia. Como bolsista Humboldt, ele pesquisou esse processo por seis meses como parte do grupo de trabalho em Kiel. O que é vantajoso para a sensibilidade dos sensores revela-se um desafio quando se trata de sua produção:embora partículas menores possam ser aplicadas em superfícies facilmente usando técnicas estabelecidas, como sistemas de pulverização ou evaporação a vácuo, as micropartículas usadas aqui já são grandes demais para isso. "Por esta razão, consideramos o uso de impressoras 3-D para aplicar as micropartículas, "disse o cientista de materiais Siebert." O conhecimento de materiais e dispositivos de colegas da Universidade Técnica da Moldávia e nossa experiência em nanomateriais e impressão 3-D se complementam perfeitamente aqui. "

p A eficiência energética permite aplicativos móveis

p Quando as moléculas orgânicas encontram os vários fios no sensor acabado, eles reagem fortemente um ao outro. Ao fazê-lo, eles mudam a resistência do sensor e liberam sinais claramente mensuráveis. Em princípio, Contudo, apenas um volume muito pequeno de eletricidade passa pelos fios finos. "Portanto, nossos sensores usam muito pouca energia, "explicou Lupan." Isso torna concebíveis pequenos dispositivos de medição portáteis, também, que pode ser lido diretamente pelo smartphone, por exemplo."

p Os pesquisadores esperam que isso possa permitir o uso futuro dos sensores em dispositivos móveis, testes de respiração portáteis para diabéticos. Em vez de verificar seus níveis de açúcar no sangue por picada no dedo várias vezes ao dia, os diabéticos podem medir o conteúdo de acetona em seu hálito. O produto metabólico é criado quando há falta de insulina e é emitido pela respiração. Os sensores altamente sensíveis podem determinar valores de acetona abaixo de 1 ppm (partículas por milhão de moléculas de ar), relatou o estudo, enquanto a respiração de pessoas com diabetes tipo I ou II tem um conteúdo de acetona de mais de 2 ppm.