Imagen de microscopio electrónico de los copos de disulfuro. Fuente: RMIT.
Pronto podríamos estar usando los teléfonos inteligentes para combatir un importante contaminante atmosférico, gracias a una investigación del Instituto Real de Tecnología de Melbourne (RMIT, Australia). El trabajo sido publicado en la revista ACS Nano.
Los expertos han desarrollado el primer método fiable y de bajo coste para detectar dióxido de nitrógeno (NO2), un contaminante atmosférico que contribuye a más de siete millones de muertes en el mundo cada año, según la Organización Mundial de la Salud.
El gas aumenta el riesgo de trastornos respiratorios en niños y puede afectar gravemente a los ancianos en particular.
El líder del proyecto es el profesor Kourosh Kalantar-Zadeh, del Centro de Electrónica y Sensores Avanzados, que dice que el impacto negativo del dióxido de nitrógeno podría prevenirse mediante el acceso a sistemas de seguimiento personalizados, muy selectivos, sensibles y fiables que puedan detectar niveles nocivos del gas de forma temprana.
"El método que hemos desarrollado es un gran comienzo para la creación de un sensor de NO2 de mano, de bajo coste y personalizado, que incluso pueda ser incorporado en los teléfonos inteligentes", dice Kalantar-Zadeh en la nota de prensa de RMIT.
Los principales contribuyentes al dióxido de nitrógeno del aire son la quema de combustibles fósiles, en particular en las centrales eléctricas de carbón y los motores diésel.
"La falta de acceso público a herramientas de supervisión eficaces es un obstáculo importante para la mitigación de los efectos nocivos de este gas, y los sistemas de detección actuales son muy caros o tienen serias dificultades para distinguirlo de otros gases", explica Kalantar-Zadeh.
"El método que hemos desarrollado no sólo es más rentable, sino que también funciona mejor que los sensores existentes para detectar este peligroso gas".
Kalantar-Zadeh desarrolló el nuevo método con otros investigadores de RMIT y con colegas de la Academia China de Ciencias.
Los sensores, que actúan absorbiendo moléculas del gas dióxido de nitrógeno con copos de disulfuro de estaño, no sólo aumentan el nivel de sensibilidad hasta los estándares de la Agencia de Protección Ambiental estadounidense, sino que superan a cualquier otra solución de detección de dióxido de nitrógeno del mercado.
El disulfuro de estaño es un pigmento de color marrón amarillento utilizado generalmente como laca dorada. Para crear los sensores, los investigadores transformaron este material en copos de pocos átomos de espesor.
La gran superficie de estos copos tiene una alta afinidad con las moléculas de dióxido de nitrógeno, lo que permite una absorción muy selectiva.
Un estudio financiado por el Consejo Europeo de Investigación ya ha probado el uso de smartphones como detectores de contaminación, en concreto del negro de humo, un componente del hollín.
Los expertos han desarrollado el primer método fiable y de bajo coste para detectar dióxido de nitrógeno (NO2), un contaminante atmosférico que contribuye a más de siete millones de muertes en el mundo cada año, según la Organización Mundial de la Salud.
El gas aumenta el riesgo de trastornos respiratorios en niños y puede afectar gravemente a los ancianos en particular.
El líder del proyecto es el profesor Kourosh Kalantar-Zadeh, del Centro de Electrónica y Sensores Avanzados, que dice que el impacto negativo del dióxido de nitrógeno podría prevenirse mediante el acceso a sistemas de seguimiento personalizados, muy selectivos, sensibles y fiables que puedan detectar niveles nocivos del gas de forma temprana.
"El método que hemos desarrollado es un gran comienzo para la creación de un sensor de NO2 de mano, de bajo coste y personalizado, que incluso pueda ser incorporado en los teléfonos inteligentes", dice Kalantar-Zadeh en la nota de prensa de RMIT.
Los principales contribuyentes al dióxido de nitrógeno del aire son la quema de combustibles fósiles, en particular en las centrales eléctricas de carbón y los motores diésel.
"La falta de acceso público a herramientas de supervisión eficaces es un obstáculo importante para la mitigación de los efectos nocivos de este gas, y los sistemas de detección actuales son muy caros o tienen serias dificultades para distinguirlo de otros gases", explica Kalantar-Zadeh.
"El método que hemos desarrollado no sólo es más rentable, sino que también funciona mejor que los sensores existentes para detectar este peligroso gas".
Kalantar-Zadeh desarrolló el nuevo método con otros investigadores de RMIT y con colegas de la Academia China de Ciencias.
Los sensores, que actúan absorbiendo moléculas del gas dióxido de nitrógeno con copos de disulfuro de estaño, no sólo aumentan el nivel de sensibilidad hasta los estándares de la Agencia de Protección Ambiental estadounidense, sino que superan a cualquier otra solución de detección de dióxido de nitrógeno del mercado.
El disulfuro de estaño es un pigmento de color marrón amarillento utilizado generalmente como laca dorada. Para crear los sensores, los investigadores transformaron este material en copos de pocos átomos de espesor.
La gran superficie de estos copos tiene una alta afinidad con las moléculas de dióxido de nitrógeno, lo que permite una absorción muy selectiva.
Un estudio financiado por el Consejo Europeo de Investigación ya ha probado el uso de smartphones como detectores de contaminación, en concreto del negro de humo, un componente del hollín.
El prototipo. Imagen: Mei et al. Fuente: Elsevier.
Pesticidas
Otro uso posible para los smartphones es el de detectar pesticidas, según un estudio de la Universidad de Tecnología Hefei de China y la Universidad Nacional de Singapur, publicado en Biosensors and Bioelectronics. El método consistiría en analizar sensores de papel mediante un programa del sistema Android.
Por lo general, señala la nota de prensa de Elsevier, editora de la revista, los equipos utilizados para detectar pesticidas y otros productos químicos son grandes, caros y lentos, por lo que la detección en el terreno difícil.
Ya se han desarrollado detectores más pequeños que utilizan papel como material sensor, pero no han producido señales suficientemente fuertes para la detección. El nuevo estudio sí consigue detectar el pesticida thiram.
Para hacer el detector, los investigadores tuvieron que desarrollar tres componentes: nanopartículas para detectar el pesticida y emitir una señal fluorescente en el papel; una pieza de equipamiento impresa en 3D formada por un teléfono inteligente conectado a un mini-láser, un filtro óptico y una mini-cavidad; y un software que se ejecuta en Android.
Las nanopartículas -llamadas nanocristales de conversión ascendente- están decoradas con iones de cobre y fijadas en el papel. Se coloca una muestra sobre el papel, y las moléculas de plaguicidas se unen a los iones de cobre en las nanopartículas.
El dispositivo enciende una luz sobre el papel y, utilizando el software especialmente desarrollado, el teléfono inteligente lee la luz fluorescente emitida por las nanopartículas.
La luz fluorescente varía según la cantidad de plaguicida presente en la muestra, por lo que el software puede traducir esa señal en la concentración de pesticida. El sistema de detección da una lectura fiable y precisa a bajas concentraciones, de 0,1 micromolar.
"Este es uno de los primeros prototipos que integra un sensor de papel como este con un teléfono inteligente, y se puede volver a utilizar, por lo que es económicamente más favorable", dice el profesor Bing Nan Li, de la Universidad Hefei y autor principal del estudio. "El teléfono inteligente es ventajoso en términos de portabilidad, accesibilidad, programabilidad, facilidad de uso y bajo coste; proporciona oportunidades revolucionarias para la comunidad analítica".
El nuevo sistema podría utilizarse para detectar cualquier molécula, incluidos medicamentos, proteínas y anticuerpos. Para la medicina, donde la atención se está desplazando de los hospitales a las viviendas, los sistemas de detección pequeños y baratos son vitales.
Los investigadores están desarrollando kits que pueden detectar diferentes moléculas al mismo tiempo, de modo que podrían usarse para comprobar la calidad de los alimentos, por ejemplo.
Otro uso posible para los smartphones es el de detectar pesticidas, según un estudio de la Universidad de Tecnología Hefei de China y la Universidad Nacional de Singapur, publicado en Biosensors and Bioelectronics. El método consistiría en analizar sensores de papel mediante un programa del sistema Android.
Por lo general, señala la nota de prensa de Elsevier, editora de la revista, los equipos utilizados para detectar pesticidas y otros productos químicos son grandes, caros y lentos, por lo que la detección en el terreno difícil.
Ya se han desarrollado detectores más pequeños que utilizan papel como material sensor, pero no han producido señales suficientemente fuertes para la detección. El nuevo estudio sí consigue detectar el pesticida thiram.
Para hacer el detector, los investigadores tuvieron que desarrollar tres componentes: nanopartículas para detectar el pesticida y emitir una señal fluorescente en el papel; una pieza de equipamiento impresa en 3D formada por un teléfono inteligente conectado a un mini-láser, un filtro óptico y una mini-cavidad; y un software que se ejecuta en Android.
Las nanopartículas -llamadas nanocristales de conversión ascendente- están decoradas con iones de cobre y fijadas en el papel. Se coloca una muestra sobre el papel, y las moléculas de plaguicidas se unen a los iones de cobre en las nanopartículas.
El dispositivo enciende una luz sobre el papel y, utilizando el software especialmente desarrollado, el teléfono inteligente lee la luz fluorescente emitida por las nanopartículas.
La luz fluorescente varía según la cantidad de plaguicida presente en la muestra, por lo que el software puede traducir esa señal en la concentración de pesticida. El sistema de detección da una lectura fiable y precisa a bajas concentraciones, de 0,1 micromolar.
"Este es uno de los primeros prototipos que integra un sensor de papel como este con un teléfono inteligente, y se puede volver a utilizar, por lo que es económicamente más favorable", dice el profesor Bing Nan Li, de la Universidad Hefei y autor principal del estudio. "El teléfono inteligente es ventajoso en términos de portabilidad, accesibilidad, programabilidad, facilidad de uso y bajo coste; proporciona oportunidades revolucionarias para la comunidad analítica".
El nuevo sistema podría utilizarse para detectar cualquier molécula, incluidos medicamentos, proteínas y anticuerpos. Para la medicina, donde la atención se está desplazando de los hospitales a las viviendas, los sistemas de detección pequeños y baratos son vitales.
Los investigadores están desarrollando kits que pueden detectar diferentes moléculas al mismo tiempo, de modo que podrían usarse para comprobar la calidad de los alimentos, por ejemplo.
Referencias bibliográficas:
Jian Zhen Ou, Wanyin Ge, Benjamin Carey, Torben Daeneke, Asaf Rotbart, Wei Shan, Yichao Wang, Zhengqian Fu, Adam F. Chrimes, Wojtek Wlodarski, Salvy P. Russo, Yong Xiang Li, Kourosh Kalantar-zadeh. Physisorption-Based Charge Transfer in Two-Dimensional SnS2for Selective and Reversible NO2 Gas Sensing. ACS Nano (2015). DOI: 10.1021/acsnano.5b04343
Qingsong Mei, Huarong Jing, You Li, Wuerzha Yisibashaer, Jian Chen, Bing Nan Li, Yong Zhang. Smartphone based visual and quantitative assays on upconversional paper sensor. Biosensors and Bioelectronics (2016). DOI: 10.1016/j.bios.2015.08.054
Jian Zhen Ou, Wanyin Ge, Benjamin Carey, Torben Daeneke, Asaf Rotbart, Wei Shan, Yichao Wang, Zhengqian Fu, Adam F. Chrimes, Wojtek Wlodarski, Salvy P. Russo, Yong Xiang Li, Kourosh Kalantar-zadeh. Physisorption-Based Charge Transfer in Two-Dimensional SnS2for Selective and Reversible NO2 Gas Sensing. ACS Nano (2015). DOI: 10.1021/acsnano.5b04343
Qingsong Mei, Huarong Jing, You Li, Wuerzha Yisibashaer, Jian Chen, Bing Nan Li, Yong Zhang. Smartphone based visual and quantitative assays on upconversional paper sensor. Biosensors and Bioelectronics (2016). DOI: 10.1016/j.bios.2015.08.054