Sensori microscopici stampati in 3D per rilevare gas e vapori pericolosi
Alcuni tipi di sensori rilevano e individuano varie tipologie di agenti inquinanti pericolosi, quali i gas tossici o esplosivi, altri misurano anche la concentrazione dei gas. Dal momento che trascorriamo la maggior parte della nostra vita in casa, nel luogo di lavoro o a bordo delle nostre automobili, è prevedibile che il monitoraggio affidabile ed economico dei livelli di agenti inquinanti possa migliorare complessivamente la nostra salute e il nostro benessere. Gli scienziati del Trinity College di Dublino (TCD), in Irlanda, e del Centro di ricerca nel campo dei materiali avanzati e della bioingegneria (AMBER) della Science Foundation Ireland, ospitato dal TCD, hanno scoperto come realizzare minuscoli sensori di gas che cambiano colore. Per giungere a questa scoperta rivoluzionaria, si sono avvalsi di nuovi materiali e di un tipo di stampa 3D ad alta risoluzione, e nel «Journal of Materials Chemistry C» sono stati recentemente pubblicati i risultati, ottenuti con il parziale sostegno dei progetti finanziati dall’UE ChemLife e 5D NanoPrinting.
Incontro tra chimica e progettazione intelligenti
I microscopici sensori di gas stampati in 3D possono essere monitorati in tempo reale e utilizzati per rilevare i solventi che rilasciano vapori nell’aria. I vapori dei solventi, se inalati, possono provocare tosse, vertigini e cefalee. Questi sensori rappresentano una soluzione promettente da utilizzare nelle abitazioni, in quanto si tratta di dispositivi connessi ed economici. Inoltre, possono essere integrati nei dispositivi indossabili per monitorare il nostro stato di salute. In un comunicato stampa del TCD, l’autore principale, il dottor Colm Delaney, borsista di ricerca della Scuola di chimica e del centro AMBER del TCD che coordina il progetto Chemlife, spiega che il team è giunto a questa innovazione «avvalendosi di una tecnica nota come scrittura laser diretta, che permette di concentrare un raggio laser su un punto estremamente piccolo e di utilizzarlo poi per realizzare minuscole strutture tridimensionali, partendo dai polimeri morbidi che sviluppiamo in laboratorio.» L’attenzione della ricerca si è concentrata sulla progettazione, sulla modellazione e sulla fabbricazione di queste minuscole strutture per rendere i materiali sensibili agli stimoli. Il team ha sviluppato le progettazioni e previsto la risposta delle diverse strutture. Louise Bradley, coautrice e docente di fotonica presso il TCD, spiega che il team può rendere le strutture capaci di «reagire a luce, calore e umidità per realizzare sistemi in grado di ricreare esattamente l’intensità, la risposta nascosta e la capacità di mimetizzazione riscontrata in natura. Questi sistemi sensibili e minuscoli, più piccoli di una lentiggine, possono servire a rivelare una gran quantità di informazioni sulla chimica dei rispettivi ambienti.»
Agenti inquinanti peggiori di quanto credevamo
La coautrice del comunicato stampa, la dott.ssa Arisa Florea della Scuola di chimica e del centro AMBER, fornisce alcune statistiche indicative sugli agenti inquinanti presenti nelle abitazioni, negli uffici e nelle automobili. «I modelli suggeriscono che la concentrazione di agenti inquinanti può essere da 5 a 100 volte superiore a quella rilevata all’esterno. Si tratta di una riflessione inquietante se consideriamo che l’Organizzazione mondiale della sanità suggerisce che il 90 % della popolazione mondiale vive in aree in cui i limiti accettabili standard per la qualità dell’aria vengono superati. Questi agenti inquinanti possono essere influenzati da aria ambiente, presenza di sostanze chimiche, fragranze, qualità alimentare e attività umane, producendo effetti profondi sulla nostra salute.» Florea conclude: «Ad oggi, i sensori di gas negli ambienti interni sono stati rivolti quasi esclusivamente al rilevamento di perdite, fumo e anidride carbonica. Persino progressi iterativi, volti a includere il rilevamento in tempo reale di umidità relativa, livelli di ossigeno, anidride carbonica, carbonio organico volatile e ammoniaca, potrebbero svolgere un ruolo imponente nello sviluppo di un ecosistema di monitoraggio ambientale domestico. Ciò potrebbe garantire che il monitoraggio della salute e del benessere divengano centrali per il futuro dell’edilizia e dell’automazione domestica.» Il progetto ChemLife (Artificial micro-vehicles with life-like behaviour) proseguirà fino a settembre 2023. Il progetto 5D NanoPrinting (Functional & Dynamic 3D Nano- MicroDevices by Direct Multi-Photon Lithography) si concluderà nel mese di agosto 2024. Per maggiori informazioni, consultare: progetto ChemLife progetto 5D NanoPrinting
Parole chiave
ChemLife, 5D NanoPrinting, sensore, gas, vapore, agente inquinante, solvente, salute