I ricercatori dell'Università del Delaware stanno sviluppando sensori che sperano consentiranno in tempo reale, rilevamento in situ di inquinanti dell'acqua e dell'aria in modo economico e rispettoso dell'ambiente.

Juejun Hu e Chaoying Ni del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali di UD stanno creando piccoli, dispositivi altamente sensibili che rileveranno organici, specie molecolari inorganiche e biologiche a bassi livelli nell'ambiente. Il team è finanziato da una sovvenzione seme del Delaware Experimental Program della National Science Foundation per stimolare la ricerca competitiva (EPSCoR).

"Stiamo realizzando nanostrutture per rilevare molecole chimiche in modo molto sensibile, " disse Hu, un assistente professore che è il ricercatore capo del progetto.

Con ulteriore ricerca e sviluppo, i dispositivi potrebbero essere integrati in portatili, pacchetti di sensori alimentati a batteria, sostituendo i rivelatori molecolari più tradizionali, che richiedono attrezzature ingombranti e costose.

Distribuito in rete sul campo, una serie di piccoli sensori potrebbe rilevare la contaminazione nell'aria, acqua e suolo in tempo reale e trasmettere tali informazioni in modalità wireless a un computer.

Un grosso ostacolo che impedisce ai piccoli sensori di diventare pratici sostituti di macchine ingombranti è che la nuova tecnologia è ancora meno sensibile e specifica nella sua rilevazione rispetto agli strumenti attualmente in uso. Il progetto mira a creare sensori che superino questi ostacoli.

"È un nuovo tipo di sensore, " disse Ni, Professore Associato. "È molto piccolo e, ma ancora più importante, è molto sensibile e molto specifico."

I ricercatori utilizzano un fascio di ioni focalizzato (FIB) per praticare fori in una sottile striscia di vetro calcogenuro (ChG) di pochi micrometri di spessore, o circa un decimo della larghezza di un capello. Quando la luce passa attraverso la striscia, le molecole nell'ambiente assorbono selettivamente uno o alcuni colori particolari della luce. Gli unici segnali di assorbimento ottico possono quindi essere utilizzati per identificare la presenza e la concentrazione delle molecole di interesse. I ricercatori hanno in programma di raggruppare molti dei piccoli, dispositivi delle dimensioni di un chip insieme per creare un sensore in grado di rilevare più tipi di molecole.

"Alla fine, il dispositivo sarà molto sensibile rispetto alla tecnologia attuale. Prevediamo un miglioramento di circa due o quattro ordini di grandezza, " ha detto Hu. "Sarà anche piccolo e lascerà un'impronta molto piccola. Una volta integrato, avrà le dimensioni di un disco da hockey e potrà essere collocato discretamente nell'ambiente."

Da quando i ricercatori hanno iniziato il progetto circa un anno fa, hanno creato con successo diversi chip, anche se hanno incontrato alcuni problemi lungo la strada.

"Fabbricare il dispositivo è stato difficile, " ha detto Ni. "I fori devono essere perforati con grande precisione. Ecco perché abbiamo bisogno del raggio ionico focalizzato, che si è rivelato perfetto per questo progetto."

Nonostante il progetto sia ancora agli inizi, con i test iniziati solo lo scorso autunno, Hu sta già guardando avanti ai vantaggi pratici che i dispositivi potrebbero avere per l'ambiente.

"Saremo in grado di monitorare continuamente gli inquinanti ambientali, così sapremo se l'acqua in un ruscello si sta inquinando o se un impianto chimico perde. Possiamo utilizzarlo anche per rilevare fughe tossiche negli impianti industriali, " Egli ha detto.

Hu ha aggiunto che una volta che la tecnologia è abbastanza sensibile, sensori a scala di chip potrebbero essere utili in altri campi, compresa la biomedicina.

"Potremmo usare i dispositivi per verificare alcune malattie analizzando il respiro di un paziente, " ha detto. "Il sensore sarebbe in grado di rilevare tracce di molecole nell'aria che espirano".

Ni ha convenuto che i dispositivi potrebbero avere un impatto significativo. "Potrebbero essere un tipo di cosa che cambia il gioco, " Egli ha detto.