A medida que avanzamos hacia un futuro cada vez más digital, los científicos están buscando formas de hacer que nuestras tecnologías sean más inteligentes, más pequeñas y más eficientes. Entre ellas, se encuentra una interesante herramienta conocida como la “nariz electrónica” (e-nose), un dispositivo diseñado para detectar compuestos químicos específicos en el aire, de la misma manera que nuestra nariz detecta olores. En un nuevo estudio, investigadores han introducido un diseño de cámara basado en la mecánica de fluidos para una nariz electrónica que puede detectar consistentemente compuestos orgánicos volátiles (VOCs) a bajas concentraciones.
Los compuestos orgánicos volátiles son químicos que se emiten como gases y pueden tener efectos adversos para la salud. Se encuentran a menudo en pinturas, productos farmacéuticos y refrigerantes, entre otros productos comunes, pero también pueden actuar como marcadores de explosivos, infestaciones de insectos, deterioro de alimentos y enfermedades.
La detección de VOCs es importante para la seguridad pública y todas las cuestiones relacionadas con el “olfato”. Pero detectar estos compuestos presenta muchos desafíos en términos de selectividad, sensibilidad, reproducibilidad y estabilidad. Aquí es donde entran las narices electrónicas. Inspiradas en el sistema olfativo, pueden superar algunos de estos obstáculos combinando matrices de sensores químicos con técnicas de reconocimiento de patrones para reconocer olores.
No obstante, muchas narices electrónicas generan diferentes señales hacia los VOCs de la misma concentración cuando el sensor se encuentra en diferentes partes de la cámara de la “nariz”. Para contrarrestar este problema, es necesario un control cuidadoso del comportamiento del flujo de gas. Esto asegura un campo de fluidos uniforme y una concentración de VOCs en la cámara, evitando generar cualquier característica de detección falsa.
El diseño inicial de la nariz electrónica presentado por los investigadores contaba con una cámara vertical que se parece mucho a una alcachofa de ducha. Esto promueve el flujo vertical a medida que el gas se esparce a través de los orificios en la parte inferior del dispositivo y alrededor de los sensores distribuidos uniformemente.
Los investigadores optimizaron el volumen, la simetría, la ubicación de los orificios y la ubicación de los sensores de su cámara de nariz electrónica mediante simulaciones de mecánica de fluidos. Agregaron un dispositivo tipo derivación para promover el flujo de fluidos y acortar el tiempo de respuesta.
Tras la fabricación de una cámara de teflón basada en los resultados de sus simulaciones, midieron el rendimiento de detección de su nariz electrónica. Compararon dos cámaras, una con el dispositivo de derivación y una sin él. La cámara con el dispositivo de derivación demostró un rendimiento consistentemente mejor, aproximadamente 1.3 veces superior, en la detección de un VOC de ejemplo.
En el futuro, los autores planean centrarse en minimizar la cámara y mejorar aún más la estructura para disminuir el tiempo de respuesta y de recuperación. Esto pone de manifiesto el inmenso potencial de la nariz electrónica y su promesa para mejorar la detección y el monitoreo de compuestos químicos volátiles en una variedad de aplicaciones, desde la seguridad pública hasta la calidad del aire interior y la salud ambiental.
Referencia: http://dx.doi.org/10.1063/5.0141840
