Scienziati svizzeri dell'ETH di Zurigo hanno sviluppato un termometro che è almeno 100 volte più sensibile dei precedenti sensori di temperatura. È costituito da un materiale ibrido biosintetico di cellule di tabacco e nanotubi.
Gli esseri umani sono stati ispirati dalla natura fin dall'inizio dei tempi. Imitiamo la natura per sviluppare nuove tecnologie, con esempi che vanno dai macchinari ai prodotti farmaceutici fino ai nuovi materiali. Gli aerei sono modellati sugli uccelli e molti farmaci hanno origine nelle piante. I ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e di Processo hanno fatto un ulteriore passo avanti:per sviluppare un sensore di temperatura estremamente sensibile hanno esaminato da vicino le piante sensibili alla temperatura. Però, non imitavano le proprietà delle piante; Invece, hanno sviluppato un materiale ibrido che contiene, oltre ai componenti sintetici, le cellule vegetali stesse. "Lasciamo che la natura faccia il lavoro per noi, " spiega Chiara Daraio, Professore di Meccanica e Materiali.
Gli scienziati sono stati in grado di sviluppare il sensore di temperatura di gran lunga più sensibile:un modulo elettronico che cambia la sua conduttività in funzione della temperatura. "Nessun altro sensore può rispondere a fluttuazioni di temperatura così piccole con cambiamenti così grandi di conduttività. Il nostro sensore reagisce con una reattività almeno 100 volte superiore rispetto ai migliori sensori esistenti, "dice Raffaele Di Giacomo, un post-doc nel gruppo di Daraio.
L'acqua viene sostituita dai nanotubi
È noto da decenni che le piante hanno la straordinaria capacità di registrare differenze di temperatura estremamente sottili e di rispondere ad esse attraverso i cambiamenti nella conduttività delle loro cellule. Così facendo, le piante sono migliori di qualsiasi sensore artificiale finora.
Di Giacomo ha sperimentato con cellule di tabacco in una coltura cellulare. "Ci siamo chiesti come trasferire queste cellule in un corpo senza vita, materiale secco in modo tale da preservarne le proprietà termosensibili, " racconta. Gli scienziati hanno raggiunto il loro obiettivo facendo crescere le cellule in un mezzo contenente minuscoli tubi di carbonio. Questi nanotubi di carbonio elettricamente conduttivi formavano una rete tra le cellule del tabacco e riuscivano anche a penetrare nelle pareti cellulari. Quando Di Giacomo ha asciugato il nanotubo -cellule coltivate, scoprì un legnoso, materiale solido che chiama 'cyberwood'. A differenza del legno, questo materiale è elettricamente conduttivo grazie ai nanotubi, e curiosamente la conduttività dipende dalla temperatura ed è estremamente sensibile, proprio come nelle cellule viventi di tabacco.
Touchless touchless e fotocamere sensibili al calore
Come dimostrato da esperimenti, il sensore cyberwood può identificare corpi caldi anche a distanza; Per esempio, una mano che si avvicina al sensore da una distanza di poche decine di centimetri. La conduttività del sensore dipende direttamente dalla distanza della mano dal sensore.
Secondo gli scienziati, cyberwood potrebbe essere utilizzato in un'ampia gamma di applicazioni; ad esempio, nello sviluppo di un 'touchless touchless' che reagisce ai gesti, con i gesti registrati da più sensori. Altrettanto concepibili potrebbero essere telecamere sensibili al calore o dispositivi per la visione notturna.
Pectina addensante in un ruolo da protagonista
Gli scienziati dell'ETH, insieme ad un collaboratore dell'Università degli Studi di Salerno, Italia, non solo hanno sottoposto le proprietà del loro nuovo materiale a un esame dettagliato, hanno anche analizzato le origini del loro comportamento straordinario. Hanno scoperto che le pectine e gli atomi carichi (ioni) svolgono un ruolo chiave nella sensibilità alla temperatura sia delle cellule vegetali viventi che del cyberwood secco. Le pectine sono molecole di zucchero presenti nelle pareti cellulari delle piante che possono essere reticolate, a seconda della temperatura, per formare un gel. Gli ioni calcio e magnesio sono entrambi presenti in questo gel. "Con l'aumentare della temperatura, i legami della pectina si rompono, il gel diventa più morbido, e gli ioni possono muoversi più liberamente, " spiega Di Giacomo. Di conseguenza, il materiale conduce meglio l'elettricità quando la temperatura aumenta.
Gli scienziati hanno presentato una domanda di brevetto per il loro sensore. Nei lavori in corso, ora lo stanno sviluppando ulteriormente in modo che funzioni senza cellule vegetali, essenzialmente con solo pectina e ioni. Il loro obiettivo è creare un ambiente flessibile, sensore trasparente e persino biocompatibile con la stessa sensibilità alla temperatura ultraelevata. Un tale sensore potrebbe essere modellato in forme arbitrarie e prodotto a costi estremamente bassi. Questo aprirà le porte a nuove applicazioni per i sensori termici nei dispositivi biomedici, prodotti di consumo e termocamere a basso costo.
