Inquinamento: da Unige nuovi sensori per il monitoraggio ambientale che si ispirano alle farfalle

Ancora una volta, la Natura diventa ispirazione per l’innovazione. Il gruppo di ricerca Rely-Photonics del Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale dell'Università di Genova ha infatti messo a punto una nuova tipologia di sensori per il monitoraggio ambientale che si ispira alle ali delle farfalle Morpho.

Lo studio è stato pubblicato su Advanced Optical Materials, dove viene spiegato il funzionamento di questi sensori, in cui l’interazione tra la luce e una nanostruttura altamente ingegnerizzata genera fenomeni complessi che conferiscono un colore anche a materiali intrinsecamente trasparenti. Proprio perché il colore appartiene alla struttura, e non a coloranti o pigmenti, può essere controllato, per esempio quando il sensore interagisce con un inquinante.

La nanostruttura dei nuovi sensori viene creata assemblando decine di strati di materiali plastici trasparenti, ognuno con uno spessore più di mille volte inferiore al diametro di un capello. Ciascuno dei materiali è selezionato e modificato in modo da interagire con una specifica classe di inquinanti. I polimeri impiegati possono essere ricavati da scarti industriali da fonti rinnovabili oppure, come nel recente studio, essere il risultato di altissima tecnologia industriale  per permettere l’interazione con  diverse classi di inquinanti e quindi di creare un nuovo sensore olistico, che non necessita di alcun recettore chimico.

Il funzionamento è, sulla carta, semplice: quando le molecole di inquinante incontrano il sensore si diffondono all’interno degli strati polimerici, la cui permeabilità e le cui proprietà sono opportunamente ingegnerizzate. Questo processo stabilisce delle interazioni molecola-polimero che modificando la nanostruttura e quindi il colore del sensore. Come la permeabilità, il colore dei sensori è ingegnerizzato dai ricercatori, che gli impartiscono un’accesa tonalità verde, che dopo l’esposizione agli inquinanti vira verso il rosso, proprio come un semaforo. Un’analisi spettrale della risposta all’inquinante permette poi di identificare la molecola o addirittura miscele di inquinanti e la loro concentrazione con limiti di rilevabilità anche inferiori alla parte per milione. 

Le applicazioni dei nuovi sensori, insieme con altri che il gruppo dell’Università di Genova sta sviluppando, saranno molteplici. Il monitoraggio ambientale è uno dei principali, visto che i sensori permettono di identificare possibili inquinanti rilasciati in atmosfera come i liquidi degli impianti di refrigerazione o prodotti derivanti da industria ed attività produttive nei contesti urbani. Inoltre, la possibilità di rilevare composti specifici li rende sfruttabili nel controllo di processi industriali e persino per la valutazione dello stato di conservazione degli alimenti durante l’intera filiera produttiva.