Un nuovo tipo di sensore potrebbe avvisare i soccorritori quando i filtri a carbone nei respiratori che indossano per evitare l'inalazione di fumi tossici sono diventati pericolosamente saturi.

In un recente numero della rivista Materiale avanzato , un team di ricercatori dell'Università della California, San Diego e Tyco Electronics descrivono come hanno realizzato le nanostrutture di carbonio e dimostrano il loro potenziale utilizzo come microsensori per composti organici volatili.

I primi soccorritori si proteggono da tali vapori, la cui composizione è spesso sconosciuta, respirando attraverso un contenitore pieno di carbone attivo, una maschera antigas.
Le tossine nell'aria si attaccano al carbone nel filtro, intrappolare i materiali pericolosi.

Man mano che i filtri si saturano, le sostanze chimiche cominceranno a passare. Il respiratore può quindi fare più male che bene fornendo un'illusione di sicurezza. Ma non esiste un modo semplice per determinare quando viene speso il filtro. Gli attuali protocolli di sicurezza basano i tempi di cambio del filtro su quanto tempo l'utente ha indossato la maschera.

"I nuovi sensori fornirebbero una lettura più accurata di quanto materiale ha effettivamente assorbito il carbone nei filtri, " ha detto il capo squadra Michael Sailor, professore di chimica e biochimica e bioingegneria alla UC San Diego. "Poiché queste nanofibre di carbonio hanno le stesse proprietà chimiche del carbone attivo utilizzato nei respiratori, hanno una capacità simile di assorbire gli inquinanti organici".

Il team di Sailor ha assemblato le nanofibre in strutture ripetitive chiamate cristalli fotonici che riflettono lunghezze d'onda specifiche, o colori, di luce. Le scaglie delle ali della farfalla Morpho, che conferiscono all'insetto la sua brillante colorazione iridescente, sono esempi naturali di questo tipo di struttura.

Anche i sensori sono di un colore iridescente, piuttosto che nero come il normale carbonio. Quel colore cambia quando le fibre assorbono le tossine, un'indicazione visibile della loro capacità di assorbire sostanze chimiche aggiuntive.

L'agenzia che certifica i respiratori negli Stati Uniti, l'Istituto nazionale per la sicurezza e la salute sul lavoro, ha cercato a lungo un sensore del genere, ma i requisiti di progettazione per un piccolo, sensibile, dispositivo economico che richiede poca energia, si sono rivelati difficili da incontrare.

I materiali fabbricati dal team sono molto sottili, meno della metà della larghezza di un capello umano. Il gruppo di Sailor ha precedentemente posizionato sensori fotonici simili sulle punte delle fibre ottiche di diametro inferiore a un millimetro e ha dimostrato che possono essere inseriti nelle cartucce del respiratore. E i cristalli sono abbastanza sensibili da rilevare sostanze chimiche come il toluene a concentrazioni di appena una parte per milione.