Sensor de gas puede monitorizar contaminación y detectar enfermedades

Un sensor portátil de óxido nítrico (NO), apropiado para el empleo a gran escala, puede ser de gran valor para la ciencia atmosférica, el control de la contaminación, biología y medicina.

Investigadores de la Universidad de Princeton (NJ, EUA) y la Universidad Rice (Houston, TX, EUA) desarrollaron un detector de NO ultrasensible que usa láseres y sensores que son económicos, compactos y altamente sensibles. El dispositivo, un sistema espectroscópico de rotación Faraday de fácil transporte, está basado en un láser de cascada quantum de cavidad externa sintonizable. Una fuente de láser ampliamente sintonizable permite encontrar la transición molecular óptima de la banda fundamental del NO. Para una vía óptica activa de 44 cm y un tiempo de bloqueo de un segundo, se obtienen límites de detección de NO mínimos constantes de 4,3 partes por mil millones por volumen (ppbv) y 0,38 ppbv usando un fotodetector de teluro-cadmio-mercurio enfriado termoeléctricamente y fotodetector antimonio-indio enfriado con nitrógeno líquido, respectivamente. La luz láser pasa a través de filtros polarizantes que bloquean toda la luz menos el NO que está presente.

Se realizaron pruebas preliminares del dispositivo durante los juegos Olímpicos 2008 realizados en Beijing (China). Los investigadores creen que su dispositivo puede encontrar usos que van desde el estudio y control de las emisiones de carros y camiones para monitorizar la exposición humana a los contaminantes en ambientes urbanos e industriales. Para usos médicos, el dispositivo es particularmente atractivo porque los resultados no se alteran por el vapor de agua, que está presente en las muestras respiratorias. El análisis del óxido nítrico en la respiración del paciente, por ejemplo, puede revelar enfermedad pulmonar obstructiva crónica e inflamación. El estudio fue publicado en la edición del 4 de agosto de 2009 de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

"El sensor que hemos desarrollado es mucho más preciso y sensible que los sistemas existentes, a pesar de que es más compacto y portátil”, dijo el coautor Gerard Wysocki, Ph.D., un profesor asistente de ingeniería eléctrica de Princeton. "Entre más óxido nítrico, más luz atraviesa los filtros. No hay que preocuparse por las señales de fondo”.

Los sistemas existentes para detectar NO y otros gases tienen una variedad de inconvenientes. Algunos como los sensores de monóxido de carbono (CO) para los hogares, son compactos y económicos, pero no muy sensibles. Los sistemas de alto rendimiento, como los espectrómetros de masa y los cromatógrafos de gases, son mucho más sensibles, pero son lentos, voluminosos, complicados y costosos, haciéndolos poco prácticos para el uso fuera del laboratorio. Los sistemas ópticos de sensibilidad intermedia pasan un rayo láser a través de una muestra de gas y detectan si algo de la luz láser es absorbida o no por la muestra de gas; sin embargo, la cantidad de absorción es muy pequeña en comparación con la cantidad total de luz láser, de modo que la señal es difícil de detectar. Además, los sensores ópticos convencionales tienden a ser voluminosos, usan grandes cantidades de muestra, y requieren intervención frecuente del operador.

Enlaces relacionados:
Princeton University
Rice University