Los sensores de gases desempeñan un gran papel en diversos ámbitos, como la seguridad industrial, la agricultura, el monitoreo ambiental, la industria alimentaria y la salud, los cuales contribuyen a mejorar nuestra calidad de vida y proteger el medio ambiente. Entre los gases que pueden detectar los sensores se encuentran los Compuestos Orgánicos Volátiles (COV), los cuales son sustancias químicas que contienen carbono y están presentes en prácticamente todos los ámbitos de nuestra vida, algunos de los COV que podemos mencionar son: acetona, etanol, benceno, propanol, tolueno, entre otros.
Los COV no solo provienen del ambiente exterior, sino también son producidos por nuestro propio cuerpo, debido a que estos son generados por varios órganos como resultado de numerosos procesos biológicos y emitidos a través de diversas vías, como el aliento exhalado, el sudor, la orina y las heces. Gracias a ello en la actualidad los sensores de gas están revolucionando el diagnóstico no invasivo de enfermedades mediante la detección de COV presentes en el aliento humano exhalado, ya que un aumento en los niveles de estos compuestos puede ser un indicador de una enfermedad específica. En la siguiente figura se pueden observar algunos ejemplos de COV asociados con algunas enfermedades.
Figura 1. Tipos de sensores de gas y sus aplicaciones.
Adaptado de Zhou y colaboradores, 2020.
Algunas de las ventajas que tienen estos sensores es que son económicos, no invasivos y capaces de proporcionar análisis en tiempo real, lo que facilita un diagnóstico temprano de enfermedades y un buen control. Sin embargo existe una problemática, ya que las concentraciones de los COV en el aliento son bajas, de unos pocos ppm (partes por millón), por lo que se necesitan sensores que sean altamente sensibles.
La creciente demanda de sensores altamente eficientes y con bajos límites de detección ha impulsado la exploración de nuevos materiales con propiedades excepcionales, en este contexto, los nanomateriales han surgido como grandes protagonistas, gracias a su elevada relación superficie-volumen, ya que las propiedades físicas y químicas de los materiales pueden cambiar y mejorar notablemente cuando su tamaño se reduce a la escala de nanómetros. El nanómetro representa la milmillonésima parte de un metro (1nm = m), para tener una idea de cuan pequeño veamos un ejemplo, una nanopartícula de 4 nm de diámetro es 1.000.000 de veces más pequeña que una hormiga promedio. Gracias a estas propiedades se ha abierto un mundo de potenciales aplicaciones, en especial en el campo de la detección de gases.
Entre los nanomateriales más prometedores para la detección de gases, destacan las nanopartículas de ferritas y los nanotubos de carbono multipared (NTCMP). Ambos materiales poseen una gran superficie específica, lo que potencia su capacidad de adsorción de moléculas de gas. La combinación de ferritas y NTCMP resaltan sus propiedades individuales. La capacidad de adsorción de las ferritas, junto con la excelente conductividad eléctrica de los NTCMP, mejoran significativamente la sensibilidad de los sensores, donde el mecanismo de detección se basa en la interacción entre las moléculas de gas y los sitios activos en la superficie de las nanoestructuras. Esta interacción induce cambios en las propiedades eléctricas del material, como la resistencia, que pueden ser medidos y correlacionados con la concentración del gas. Es fundamental destacar que la morfología, el tamaño de partículas y la dimensionalidad de los nanomateriales juegan un papel crucial en sus características de detección. Un control preciso de estos parámetros permite ajustar la sensibilidad de los sensores para aplicaciones específicas.
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Centro de Ingeniería Eléctrica y sistemas
