Los científicos se han inspirado en la biomimética de las alas de mariposa y las plumas de pavo real para desarrollar un material innovador similar al ópalo que podría ser la «piedra angular» de los sensores inteligentes de próxima generación.
Un equipo internacional de científicos, dirigido por las Universidades de Surrey y Sus ha desarrollado cristales fotónicos flexibles que cambian de color y que podrían usarse para desarrollar sensores que adviertan cuándo podría ocurrir un terremoto.
Los sensores portátiles, robustos y de bajo coste pueden responder de manera sensible a la luz, la temperatura, la tensión u otros estímulos físicos y químicos, lo que los convierte en una opción extremadamente prometedora para aplicaciones de detección visual inteligente rentables en una variedad de sectores, incluidos la salud y la seguridad alimentaria.
En un estudio publicado por la revista Advanced Functional Materials, los investigadores describen un método para producir cristales fotónicos que contienen una cantidad minúscula de grafeno y que resulta en una amplia gama de cualidades observables a simple vista. De color verde intenso bajo luz natural, los sensores extremadamente versátiles cambian de color a azul cuando se estiran o se vuelven transparentes después de calentarse.
El Dra. Izabela Jurewicz , Profesora de Física en Materias blandas en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Físicas de la Universidad de Surrey, dijo: «Este trabajo proporciona la primera demostración experimental de ópalos mecánicamente robustos pero blandos, independientes y flexibles, que contienen solución de ópalos a base de polímeros de grafeno prístino exfoliado. Si bien estos cristales son hermosos a la vista, también estamos muy entusiasmados con el gran impacto que podrían tener en la vida de las personas».
Alan Dalton, profesor de Física Experimental en la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Sus, dijo: «Nuestra investigación aquí se ha inspirado en las increíbles habilidades de biomimética en alas de mariposa, plumas de pavo real y conchas de escarabajos donde el color proviene de la estructura y no de pigmentos. Mientras que la naturaleza ha desarrollado estos materiales durante millones de años, nos estamos recuperando lentamente en un período mucho más corto».
Entre sus muchas aplicaciones potenciales están:
- Indicadores de tiempo y temperatura (TTI) para envases inteligentes: los sensores pueden proporcionar una indicación visual si los productos perecederos, como alimentos o productos farmacéuticos, han experimentado historiales no deseables de tiempo y temperatura. Los cristales son extremadamente sensibles incluso a un pequeño aumento de temperatura entre 20 y 100 ºC
- Análisis de huellas digitales: sus características de memoria sensibles a la presión son atractivas para aplicaciones biométricas y antifalsificación. Presionar los cristales con un dedo desnudo puede revelar huellas digitales con alta precisión que muestran crestas bien definidas de la piel.
- Biodetección: los cristales fotónicos se pueden usar como «andamios de tejido» para comprender la biología y las enfermedades humanas. Si se funcionaliza con biomoléculas, podrían actuar como dispositivos de prueba de punto de atención altamente sensibles para virus respiratorios que ofrecen sistemas de biodetección económicos, confiables y fáciles de usar.
- Monitoreo biológico/de salud: la respuesta mecanocrómica de los sensores permite su aplicación como sensores corporales que podrían ayudar a mejorar la técnica en los deportistas.
Seguridad en el cuidado de la salud: los científicos sugieren que los sensores podrían usarse en una pulsera que cambia de color para indicar a los pacientes si su profesional de la salud se lavó las manos antes de ingresar a la sala de examen.
La investigación se basa en la experiencia del Grupo de Física de Materiales (Universidad de Sus) en el procesamiento de líquidos de nanomateriales bidimensionales, la experiencia del Grupo de Materia Suave (Universidad de Surrey) en coloides poliméricos y combinada con la experiencia del Instituto de Tecnología Avanzada en modelado óptico de Materiales complejos. Ambas universidades están trabajando con la empresa Advanced Materials Development (AMD) Ltd, con sede en Sus, para comercializar la tecnología.
Joseph Keddie, profesor de física de la materia blanda en la Universidad de Surrey, dijo: «Las partículas de polímero se utilizan para fabricar objetos cotidianos como tintas y pinturas. En esta investigación, pudimos distribuir finamente el grafeno a distancias comparables a las longitudes de onda de la luz visible y mostramos cómo la adición de pequeñas cantidades de material bidimensional conduce a nuevas capacidades emergentes ”.
John Lee, CEO de Advanced Materials Development (AMD) Ltd, dijo: “Dada la versatilidad de estos cristales, este método representa un enfoque simple, económico y escalable para producir ópalos sintéticos infundidos con grafeno multifuncional y abre aplicaciones interesantes para nanomateriales novedosos basado en fotónica».
