Un nuovo pacchetto di sensori multifunzionali per monitorare l’oceano
Campioni di acqua vengono normalmente prelevati dall’oceano e analizzati in laboratori situati sulla terraferma, ma questo approccio è costoso e fornisce una semplice “istantanea” nel tempo e nello spazio. Il progetto SenseOCEAN, finanziato dall’UE, ha riunito importanti sviluppatori di sensori marini provenienti dal mondo accademico e da quello industriale per creare una soluzione affidabile, precisa e conveniente per fare fronte alla sfida del monitoraggio dell’oceano. Il consorzio ha sviluppato un’ampia gamma di sensori chimici, elettrochimici e ottici miniaturizzati, incluso un sensore lab-on-a-chip. Essi hanno armonizzato le funzioni con interfacce, spine e connettori comuni, e formati standard dei dati, in modo da produrre un pacchetto multifunzionale di sensori marini biogeochimici in situ. “La combinazione di nuove tecnologie, come per esempio la stampa 3D, e nuove tecniche per la microfabbricazione ci permette di garantire una produzione di massa efficiente in termini di costi,” afferma il professor Douglas Connelly, il coordinatore del progetto. Un’ampia gamma di utilizzi I pacchetti integrati di sensori sono stati sottoposti a un accurato collaudo sul campo nel fiordo di Kiel, in Germania, e nel Mar Mediterraneo. Gli scienziati hanno anche schierato un sensore per la fluorimetria ad alto tasso di ripetizione per 150 giorni nell’Artide e un sensore multiparametro per le sostanze nutrienti per oltre due anni in un porto nel Regno Unito. Un microsensore elettrochimico per l’ossido di azoto (N2O) è già in uso in oltre 100 impianti per il trattamento delle acque di scarico, mentre le capacità di monitoraggio di sensori optodi, che utilizzano la luce per rilevare e misurare sostanze specifiche in un campione, sono state dimostrate in allevamenti ittici. Uno dei partner del progetto ha sviluppato il fluorimetro multiparametro V-Lux, che può essere utilizzato per monitorare inquinamento ambientale, alghe, liquami e acque di balneazione, fuoriuscite di petrolio (incluso deflusso delle strade e dell’area di stazionamento degli aeroporti) e inquinamento da sorgente puntiforme. Esso può anche monitorare della materia organica colorata disciolta per valutare carico organico, controllo della coagulazione e gestione del filtro negli impianti di trattamento delle acque, e l’acqua del gorgogliatore di lavaggio per i gas di scarico. Il pacchetto di sensori e i singoli sensori possono essere facilmente montati su veicoli subacquei, ormeggi e galleggianti, o strutture in mare aperto, e usati per effettuare analisi ambientali. Attaccando i sensori su alianti subacquei si possono coprire delle aree molto vaste, mentre delle piattaforme autonome possono effettuare analisi frequenti nel lungo termine. “Dei sistemi speciali di protezione sono utilizzati per ridurre il biofouling, consentendo ai sensori di essere schierati al di sotto delle onde per lunghi periodi di tempo,” spiega il prof. Connelly. Benefici commerciali e ambientali I costi di produzione per i sensori sono stati notevolmente ridotti mediante la riduzione al minimo del numero delle parti meccaniche e attraverso l’adozione di nuovi materiali e tecnologie, come per esempio la stampa 3D, e i circuiti stampati rigido-flessibili. Sono state anche adottate tecniche come i circuiti fluidici analoghi da altri settori quali l’elettronica digitale, allo scopo di ridurre il numero di pompe a siringa con motore passo-passo per il lab-on-a-chip. SenseOCEAN è stato il primo a integrare multipli sensori in un pacchetto di sensori “plug and play”. Per di più, tutti i sensori sono stati sviluppati da partner del progetto, al posto di semplicemente riconfezionare dei sensori già esistenti. Secondo il prof. Connelly: “La nostre PMI partner stanno già traendo beneficio da SenseOCEAN, con i loro prodotti adesso presenti sul mercato, incluso un registratore di dati sul campo e microsensori N2O, un fluorimetro multiparametro; mentre altri prodotti come gli optodi sono attualmente in una fase molto prossima alla commercializzazione. La chiave del successo di questo progetto è stata l’efficace collaborazione tra scienza e industria.” Nel lungo periodo, organizzazioni normative e di monitoraggio avranno a disposizione una serie di nuovi strumenti che renderanno possibili leggi e controlli efficaci per proteggere l’ambiente marino. “Essi supporteranno anche la ricerca rendendo possibile un maggiore campionamento spaziale e temporale degli oceani, incrementando in tal modo la comprensione di processi marini quali la circolazione degli oceani e il ciclo delle sostanze nutrienti, sia su scala locale che globale,” conclude il prof. Connelly.
Parole chiave
SenseOCEAN, elettrochimico, ottico, optodi, lab-on-a-chip, sensore marino, fluorimetro multiparametro
