Estas narices electrónicas podrían salvarte la vida

Nuestra nariz es una pequeña maravilla de la evolución. Además de permitirnos tomar aire para respirar, unas 10 a 20 millones de células olfativas analizan concienzudamente los litros y litros de mezcla de gases que entran en nuestros pulmones. Las conocidas como “neuronas olfativas” se encuentran directamente conectadas con el cerebro para transmitir la información de la forma más rápida posible y así reaccionar a los estímulos que se nos presentan. Según el compuesto que detectemos, se activan distintas zonas del cerebro, lo que causa reacciones tan dispares como sonreír al oler el perfume de la persona que queremos o alejarnos, haciendo una mueca, al detectar las moléculas de la comida en mal estado. Sin embargo, existen moléculas dañinas que pueden afectar nuestra salud antes de que las detectemos y hemos de valernos de dispositivos electrónicos que nos ayuden a detectarlas.

Cuando nuestra nariz no es suficiente

Si un rasgo caracteriza al ser humano es el ingenio, especialmente en situaciones de las que depende la supervivencia. De ahí que los mineros y trabajadores de la metalurgia de antaño se valiesen del mítico canario para que detectase los escapes de gas que podían asfixiarlos. Este animal, al ser mucho más pequeño y necesitar un mayor volumen relativo de aire que el humano, se mareaba mucho al disminuir la cantidad de oxígeno disponible y dejaba de cantar o se desmayaba. Al no oír los cantos, los mineros sabían que probablemente habían perforado una bolsa de gas y debían salir lo antes posible para salvar la vida.

Con el refinamiento y la adopción sistemática de los sistemas electrónicos para la detección de gases, el método del canario ha quedado obsoleto, para alivio de los canarios. Actualmente se utilizan aparatos que se valen de técnicas químicas como la oxidación catalítica, físicas como la absorción de ciertas ondas de luz, o eléctricas como cambios en la conductividad del material para detectar estos compuestos. Con la tecnología actual se han creado sensores que son capaces de detectar compuestos a concentraciones más bajas de 1ppm, es decir, una molécula por cada millón analizada. Esto convierte a la tecnología en la clara ganadora en la detección de compuestos, ya que los dispositivos son mucho más sensibles que utilizar animales o que la nariz humana.

El siguiente paso en las narices electrónicas

Investigadores del Karlsruhe Institute of Technology, en Alemania, han conseguido dar un paso más en la creación de estas narices electrónicas. Han conseguido crear una nariz que es capaz de detectar cambios mínimos en las estructuras de unas moléculas llamadas xilenos a unas concentraciones de 100ppm. Estos xilenos son los compuestos que producen la sensación de mareo al trabajar con pintura o pegamentos y pueden causar graves problemas de salud para los trabajadores que están expuestos a ellos a diario. La molécula puede presentarse de tres formas diferentes: -orto, -meta y -para según la configuración de sus átomos y su toxicidad es variable según la configuración ante la que nos encontremos, siendo la menor la de -orto y la mayor la de -para.

Gracias a esta nariz electrónica, los investigadores han podido distinguir cuál de las tres moléculas estaba presente en una mezcla de gases. Para la detección y discriminación de los vapores de xileno y sus mezclas utilizan seis sensores con tecnología de microbalanzas de cristales de cuarzo recubiertos con diferentes películas de materiales nanoporosas.

Cuando se unen la física y la química

Las microbalanzas de cristales de cuarzo son como básculas de tamaño diminuto con las que se pueden detectar pesos del orden de nanogramos porque cambia sucapacidad de transmitir la electricidad. Para imaginarlo con materiales cotidianos, pensemos que disponemos de una balanza eléctrica en la cocina. Cuando queremos pesar harina, colocamos un recipiente encima de la balanza y vamos añadiendo más y más harina hasta que tenemos la necesaria. En este caso el peso de la harina se transforma en un impulso eléctrico que aparece en la pantalla de la balanza.

Ahora bien, para detectar los compuestos volátiles, el cuarzo se recubre con ciertos materiales que tengan afinidad por el xileno, es decir, que el xileno tiende a adherirse a ellos espontáneamente. Según se va uniendo el xileno al material que recubre el cuarzo, va aumentando el peso cada vez más hasta que cambia su capacidad de conducir la electricidad. Siguiendo con el ejemplo de pesar harina, hemos de ponernos más creativos; en este caso sería como si pusiésemos la bolsa al lado de un ventilador encendido y encima de la balanza un imán especial que atrajese solo la harina del ambiente. Estos avances ayudan a aumentar la seguridad de las personas que, por su trabajo o aficiones, se ven expuestas de forma prolongada a sustancias peligrosas.

QUE NO TE LA CUELEN

• El canario de la mina no solía morir, pero para evitar que sufriese se crearon dispositivos de reanimación de canarios que consistían en una caja hermética donde se podía inyectar oxígeno para que volviese a respirar con normalidad.

REFERENCIAS (MLA)

• Peng Qin, Brian A. Day, Salih Okur, Chun Li, Abhinav Chandresh, Christopher E. Wilmer, and Lars Heinke ACS Sensors Article ASAPDOI: 10.1021/acssensors.2c00301