Un innovador sensor del CSIC cambia de color al detectar contaminantes y compuestos orgánicos volátiles, ofreciendo una lectura visual inmediata y simplificando el control de calidad del aire.
Un innovador sensor que cambia de color promete transformar la detección de contaminantes y compuestos orgánicos volátiles (VOCs). Un equipo del Instituto de Microelectrónica de Barcelona del CSIC (IMB-CNM-CSIC) ha creado un dispositivo basado en polímeros que se curva y modifica su color al entrar en contacto con diversas sustancias. Este avance permite una lectura visual inmediata, eliminando la necesidad de sistemas electrónicos complejos. La investigación ha sido publicada recientemente en la revista Advanced Optical Materials, destacando su potencial para simplificar el control de la calidad del aire y abrir nuevas aplicaciones en áreas como el diagnóstico médico y la seguridad industrial.
Los compuestos orgánicos volátiles son comunes tanto en el aire exterior como en productos cotidianos, representando una fuente significativa de contaminación que resulta difícil de monitorear con herramientas simples. Para abordar esta problemática, el equipo ha diseñado un dispositivo que combina dos polímeros —materiales plásticos que reaccionan a los vapores— junto con nanoestructuras fotónicas. Estas micro-ranuras descomponen la luz y aportan color al material. Al entrar en contacto con diferentes sustancias, el sensor se curva y exhibe un patrón cromático único, proporcionando así una respuesta visible sin requerir equipos electrónicos complicados.
“Se trata de una tecnología que permite detectar e identificar compuestos volátiles y contaminantes en el ambiente de forma rápida”, afirma Mar Álvarez, científica del IMB-CNM que lidera esta investigación.
En este estudio, se ha desarrollado un sensor que cambia de color bajo estímulos mecánicos (mecanocrómico). Este sensor consiste en una pequeña lengüeta flexible sujeta por uno de sus extremos, fabricada con dos polímeros: el polidimetilsiloxano (PDMS) y el tiol-eno-epoxi no estequiométrico (OSTE+). Cuando esta lengüeta entra en contacto con distintos vapores, cada material se expande a diferentes tasas, lo cual provoca que el dispositivo se curve, mostrando un patrón cromático distinto para cada sustancia.
Una superficie del voladizo contiene nanoestructuras que descomponen la luz en colores visibles, otorgando un color específico al sensor. Así, cuando el dispositivo interactúa con un compuesto y los polímeros se hinchan, la lengüeta se curva, cambiando su color desde uno único (por ejemplo, azul) a un gradiente a lo largo de toda su longitud. Cuanto mayor es la curvatura, más intenso es el cambio cromático observado.
Existen actualmente sistemas comerciales altamente sensibles para detectar compuestos orgánicos volátiles en el aire; sin embargo, estos no pueden distinguir entre los diferentes tipos de compuestos y solo miden la concentración total. En contraste, el avance del IMB-CNM facilita tanto la detección como la discriminación de estos compuestos.
“La discriminación es posible gracias a las distintas solubilidades de los dos polímeros frente a diversos compuestos orgánicos”, explica Ferran Pujol, investigador postdoctoral del IMB-CNM y primer autor del estudio. Este avance permite identificar qué parámetros de solubilidad influyen en la respuesta del sensor según el tipo de compuesto.
A diferencia de otros sistemas que requieren superficies químicas específicas para cada compuesto, este sensor distingue entre ellos mediante las reacciones naturales de sus materiales sin necesidad de diseños moleculares personalizados.
Los próximos pasos incluyen ampliar la gama de compuestos orgánicos volátiles detectables e integrar técnicas de Inteligencia Artificial para mejorar aún más su capacidad discriminativa fuera del laboratorio. También planean probar el dispositivo para detectar compuestos presentes en el aliento humano, donde algunos actúan como biomarcadores para enfermedades, facilitando diagnósticos tempranos o seguimiento ante exposiciones químicas.