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(noticias nanowerk) Utilizando un cristal fotónico de alta sensibilidad, los investigadores de TU/e pudieron detectar partículas individuales con un diámetro de hasta 50 nanómetros. La nueva investigación acaba de publicarse en la revista. óptica (“Detección de nanopartículas individuales mediante nanofotónica de puntas de fibra”).
¿Qué tienen en común la lava volcánica, el humo de los incendios, los gases de escape de los coches y el tóner de las impresoras? Todas ellas son fuentes de partículas ultrafinas: partículas de menos de 100 nanómetros de diámetro que pueden suponer graves riesgos para la salud si se inhalan. Debido a su pequeño tamaño, las nanopartículas ultrafinas son difíciles de detectar y medir sin equipos costosos y a veces voluminosos. Para resolver estos problemas, nuestros investigadores han desarrollado un nuevo sensor de punta de fibra altamente sensible que puede detectar partículas individuales con diámetros de hasta 50 nanómetros. En el futuro, el nuevo sensor se utilizará en estudios para controlar y evaluar la calidad del aire interior en las escuelas.
Las nanopartículas son una parte integral de nuestro mundo cotidiano al que llamamos hogar. En las pruebas médicas, por ejemplo, existen dispositivos que pueden buscar nanopartículas como patógenos y biomarcadores de enfermedades como el cáncer.
Y en el desarrollo de fármacos se están utilizando numerosas nanopartículas para crear los sistemas de administración de fármacos del futuro.
Una clase de nanopartículas que está llamando mucho la atención por su asociación con el aire que respiramos son las partículas ultrafinas (UFP), una partícula de menos de 100 nanómetros (nm) de diámetro.
La exposición a los UFP (que se encuentran en el humo, los gases de escape e incluso en el tóner de las impresoras) puede plantear graves riesgos para la salud, especialmente si estas partículas se inhalan directamente.
“Si las UFP se alojan en los pulmones, pueden representar un riesgo grave para la salud porque, una vez en los pulmones, pueden absorber toxinas que podemos inhalar del aire que nos rodea. Esto significa que estas toxinas permanecen en el cuerpo”, afirma Arthur Hendriks, estudiante de doctorado en el Departamento de Física Aplicada y Educación Científica. «Para evitar esto, se necesitan métodos precisos para detectar UFP y monitorear la calidad del aire interior».
Por ejemplo, la investigación sobre la calidad del aire interior está a la vanguardia del proyecto LEARN de Horizonte Europa, cuyo objetivo es controlar y evaluar la calidad del aire interior en las escuelas y evaluar el impacto de la calidad del aire en la salud de los niños, y forma parte del cual se requieren métodos precisos para detectar UFP.
El pequeño-gran problema
Sin embargo, detectar UFP es más fácil de decir que de hacer e, irónicamente, detectar partículas tan pequeñas requiere el uso de equipos grandes y costosos.
“Grande y cara no es la respuesta. Necesitamos dispositivos pequeños, compactos, precisos y rentables para facilitar la detección de UFP en fábricas, hospitales, oficinas y escuelas”, señala Hendriks.
¿Cuál es el estado del arte ahora? “Existen sensores basados en tecnologías de fibra óptica que pueden medir líquidos y gases con buena precisión. Pero estos sensores no son adecuados para medir partículas pequeñas como las UFP y, por tanto, sus posibles aplicaciones en este sentido son limitadas”, afirma Hendriks.
Se han utilizado tecnologías “Lab-on-Fiber” para detectar células biológicas a escala micrométrica (1000 veces mayor que la escala nanométrica). «Sin embargo, esta tecnología no puede detectar nanopartículas individuales del tamaño de las UFP», afirma Hendriks.
![Imagen SEM del sensor de punta de fibra nanofotónica.](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id65102_1.jpg)
Una solución de punta de fibra
Para satisfacer la demanda de nueva tecnología de sensores UFP, Hendriks y sus colaboradores de TU/e, entre ellos Andrea Fiore, profesora del Departamento de Física Aplicada y Educación Científica, desarrollaron un sensor de punta de fibra nanofotónica que responde a pequeños cambios en el entorno del sensor. alrededor del sensor tanto que puede detectar una sola nanopartícula del tamaño de una UFP.
«El diseño de nuestro sensor es pequeño y compacto y, lo que es más importante, indica claramente cuándo se ha producido la detección», afirma Hendriks.
El trabajo del sensor de los investigadores se basa en un cristal fotónico, una estructura periódica o repetitiva que puede reflejar la luz en todas direcciones. «Luego se añade un defecto al cristal, lo que se denomina cavidad de cristal fotónico, o PhCC para abreviar», dice Hendriks.
Un PhCC permite capturar la luz en el cristal durante un período de tiempo más largo. Hendriks: «Básicamente, lo llamamos factor Q, que es una medida de qué tan bien se puede capturar la luz en el defecto a lo largo del tiempo». En nuestro caso, la luz se limita a un volumen diminuto, menos de 1 µm3. Esto se llama volumen modo y para medir nanopartículas diminutas tiene que ser muy pequeño”.
Los investigadores lograron colocar el PhCC en la punta de una fibra utilizando un método desarrollado por el grupo de Andrea Fiore allá por 2020 (Cartas sobre Física Aplicada, “Método de transferencia escalable de oblea a fibra para detección de laboratorio en fibra”). Cuando una pequeña partícula se acerca al PhCC en el cristal, altera la cavidad al cambiar su índice de refracción. «Entonces, la pequeña partícula cambia la longitud de onda de la luz atrapada en la cavidad y medimos este cambio».
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