Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), liderados pelo professor ruandês Aristide Gumyusenge, desenvolveram um detector que pode fornecer monitoramento contínuo da presença de gases tóxicos em ambientes domésticos ou industriais, a um baixo custo.

O novo sistema combina duas tecnologias existentes, unindo-as de forma a preservar as vantagens de cada uma, evitando suas limitações.

A equipe utilizou um material chamado estrutura metalorgânica (MOF), que é altamente sensível a traços mínimos de gás, mas cujo desempenho se degrada rapidamente, e o combinou com um material polimérico que é altamente durável e mais fácil de processar, mas muito menos sensível.

Os MOFs são altamente porosos, têm grandes áreas de superfície e vêm em uma variedade de composições. Alguns podem ser isolantes, mas os usados neste trabalho são altamente condutores elétricos.

Com sua forma semelhante a uma esponja, eles são eficazes na captura de moléculas de vários gases, e os tamanhos de seus poros podem ser ajustados para torná-los seletivos para tipos específicos de gases.

Durante o desenvolvimento dos sensores, a equipe enfrentou alguns desafios, incluindo o fato de que os materiais MOF se saturam rapidamente com gases, não podendo mais detectar e quantificar novas entradas. A equipe usou uma classe de polímeros condutores que Gumyusenge e seus colegas já haviam demonstrado que podem responder a gases sem se ligar permanentemente a eles.

Eles combinaram os polímeros em uma solução líquida junto com o material MOF em forma de pó e depositaram a mistura em um substrato, onde secaram em uma camada fina e uniforme. Ao combinar o polímero, com sua capacidade de detecção rápida, e os MOFs mais sensíveis, em uma proporção de um para um, ele disse: “De repente, temos um sensor que possui tanto a alta sensibilidade que obtemos do MOF quanto a reversibilidade possibilitada pela presença do polímero.”

O material muda sua resistência elétrica quando moléculas de gás são temporariamente capturadas no material. Essas mudanças na resistência podem ser monitoradas continuamente simplesmente conectando um ohmímetro para rastrear a resistência ao longo do tempo.

Gumyusenge e seus alunos demonstraram a capacidade do material compósito de detectar dióxido de nitrogênio, um gás tóxico produzido por muitos tipos de combustão, em um pequeno dispositivo em escala de laboratório. Após 100 ciclos de detecção, o material ainda mantinha seu desempenho inicial dentro de uma margem de cerca de 5 a 10 por cento, demonstrando seu potencial de uso a longo prazo. O material tem uma sensibilidade muito maior do que a maioria dos detectores atualmente usados para dióxido de nitrogênio, relata a equipe. Este gás é frequentemente detectado após o uso de fornos a gás.

E, com este gás recentemente vinculado a muitos casos de asma nos EUA, a detecção confiável em baixas concentrações é importante. A equipe demonstrou que este novo compósito poderia detectar, de forma reversível, o gás em concentrações tão baixas quanto duas partes por milhão.

Embora sua demonstração tenha sido especificamente direcionada ao dióxido de nitrogênio, Gumyusenge disse: “Podemos definitivamente ajustar a química para direcionar outras moléculas voláteis,” desde que sejam pequenos analitos polares, “que tendem a ser a maioria dos gases tóxicos.”

Além de ser compatível com um detector portátil simples ou um dispositivo tipo alarme de fumaça, uma vantagem do material é que o polímero permite que seja depositado como um filme extremamente fino e uniforme, ao contrário dos MOFs comuns, que geralmente estão em forma de pó ineficiente.