La investigación en la Oregon State University ha llevado a la ciencia más cerca del desarrollo de una nariz electrónica para monitorear la calidad del aire, detectar amenazas de seguridad y diagnosticar enfermedades mediante la medición de gases en el aliento de un paciente.
Investigación publicada recientemente dirigida por Cory Simon, profesor asistente de ingeniería química en la Facultad de Ingeniería de la OSU, en colaboración con el profesor de ingeniería química Chih-Hung Chang se centró en materiales conocidos como estructuras de metal orgánico, o MOF.
La investigación apuntó a un obstáculo crítico pero poco estudiado en el uso de MOF como sensores de gas: de los miles de millones de MOF posibles, ¿cómo se determinan los correctos para construir la nariz electrónica óptima?
Los MOF tienen poros de tamaño nanométrico y adsorben gases de forma selectiva, de forma similar a una esponja. Son ideales para usar en conjuntos de sensores debido a su capacidad de ajuste, lo que permite a los ingenieros utilizar un conjunto diverso de materiales que permite que un conjunto de sensores basados en MOF entregue detallesinformación.
Dependiendo de qué componentes componen un gas, se absorberán diferentes cantidades de gas en cada MOF. Eso significa que la composición de un gas puede deducirse midiendo el gas adsorbido en la matriz de MOF usando balanzas de microescala.
El desafío es que todos los MOF adsorben todos los gases, no en la misma medida, pero sin embargo, la ausencia de una selectividad perfecta evita que un ingeniero simplemente diga: "dediquemos este MOF al dióxido de carbono, ese al dióxido de azufre, yotro al dióxido de nitrógeno "
"Curar MOF para matrices de sensores de gas no es tan simple porque cada MOF en la matriz absorberá apreciablemente los tres gases", dijo Simon.
Las narices humanas navegan este mismo problema confiando en unos 400 tipos diferentes de receptores olfatorios. Al igual que los MOF, cada receptor olfativo se activa por muchos olores diferentes, y cada olor activa muchos receptores diferentes; el cerebro analiza el patrón de respuesta, permitiendopersonas para distinguir una multitud de olores diferentes.
"En nuestra investigación, creamos un marco matemático que nos permite, en función de las propiedades de adsorción de los MOF, decidir qué combinación de MOF es óptima para una matriz de sensores de gas", dijo Simon. "Inevitablemente habrá algunos pequeños erroresen las mediciones de la masa de gas adsorbido, y esos errores corromperán la predicción de la composición del gas en función de la respuesta del conjunto de sensores. Nuestro modelo evalúa qué tan bien una combinación dada de MOF evitará que esos pequeños errores corrompan la estimación del gascomposición."
Aunque la investigación fue principalmente un modelo matemático, los científicos utilizaron datos de adsorción experimentales en MOF reales como entrada, dijo Simon, y agregó que Chang es un experimentalista "con quien estamos trabajando para hacer una nariz electrónica de la vida real para detectar contaminantes del aire"."
"Actualmente estamos buscando fondos externos juntos para llevar este concepto novedoso a la realización física", dijo Simon. "Debido a este documento, ahora tenemos un método racional para diseñar computacionalmente la matriz sensorial, que abarca la adsorción de gas simulado en los MOFcon modelos moleculares y simulaciones para predecir sus propiedades de adsorción, luego utilizando nuestro método matemático para detectar las diversas combinaciones de MOF para obtener la matriz de sensores más precisa ".
lo que significa que, en lugar de un enfoque experimental de prueba y error para decidir qué MOF usar en una matriz de sensores, los ingenieros pueden usar la potencia computacional para seleccionar la mejor colección de MOF para una nariz electrónica.
Otra aplicación emocionante de este tipo de nariz podría ser el diagnóstico de enfermedades. Los compuestos orgánicos volátiles que emiten los humanos, como a través de nuestra respiración, están llenos de biomarcadores para múltiples enfermedades, y los estudios han demostrado que los perros, que tienen el doble del número de diferentesreceptores olfativos como humanos: pueden detectar enfermedades con la nariz.
Aunque son maravillosos, sin embargo, las narices de los perros no son tan prácticas para el uso de diagnóstico generalizado como lo sería una matriz de sensores cuidadosamente elaborada y fabricada.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Oregón . Original escrito por Steve Lundeberg. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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