La URV diseña nuevos sensores ópticos que pueden detectar contaminantes en el agua con alta precisión

Investigadores del grupo de Física y Cristalografía de los Materiales de la URV han diseñado un nuevo tipo de sensor fotónico ultrasensible que puede detectar concentraciones de sustancias contaminantes en el agua en volúmenes micro. Se trata de un prototipo que mejora el sensor patentado por el mismo grupo, que permite detectar el hieloen las alas de los aviones en ambientes extremos y puede soportar la erosión sin dejar de funcionar.

Este nuevo tipo de sensor fotónico se ha fabricado sobre una superficie transparente de vidrioy se basa en la excitación infrarroja de polaritons plasmònics de superficie (un tipo de onda electromagnética) que permite detectar pequeñas concentraciones de sustancias contaminantes en el agua. El sensor aprovecha la existencia de resonancias moleculares en la región espectral infrarroja para diferenciar sustancias contaminantes del agua. Es decir, la luz infrarroja utilizada en este trabajo es absorbida por las moléculas de la sustancia que entra en contacto. Una misma sustancia puede absorber radiación con longitudes de onda diversas —de acuerdo con su composición molecular— y cada porción del espectro que se captura se debe a una composición molecular específica. El hecho de que varias sustancias tengan resonancias diferentes sirve para detectar concentraciones de sustancias determinadas trabara de diferentes técnicas, como la del sensor que ahora han desarrollado. En el trabajo, cuyo resultado se acaba de publicar en la revista Optics Letters, se demuestra experimentalmente, por ejemplo, la detección de un mínimo de 0,02% de volumen de alcohol en agua pura.

Este es uno de los resultados del prototipo actual, pero las simulaciones que ha hecho el grupo de investigaciónFísica y Cristalografía de Materiales de la URV prevén que la sensibilidad del sensor aumente todavía más. Este nivel de precisión en la detección óptica de contaminantes en el agua sobre una superficie de dimensiones milimétricas puede tener un gran interés tecnológico, ya que este sensor, conectado mediante fibras ópticas, puede incorporarse a cualquier elemento hecho de vidriocomo probetas, puertas de microscopio o incluso sobre pantallas de teléfonos inteligentes porque está diseñado en una plataforma transparente y, por lo tanto, se puede aplicar allí donde se necesite implantar un sensor químico, también en un vidrio. La novedad del trabajo se encuentra tanto en el mecanismo de detección como en la integrabilidad.

La tecnología de fabricación consta de escritura láser 3D de femtosegons (10-15 según = 0,000 000 000 000 001 según) sobre vidriopara realizar los elementos que guían la luz, las guías de onda, junto con la conexión de fibras ópticas comerciales. Eso facilita que esta tecnología se pueda trasladar a escala industrial. El efecto plasmònic se consigue depositando una capa nanométrica de un material transparente conductor sobre la superficie del vidrio.