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Immagine: Gruppo Bezdek / Politecnico di Zurigo
L'ossigeno svolge un ruolo cruciale sia nella vita che in vari processi chimici, rendendo la sua misurazione accurata fondamentale in numerose applicazioni industriali e mediche. I recenti progressi in questo campo emergono dalle attività di ricerca del Politecnico di Zurigo, dove un team guidato dal professor Máté Bezdek ha sviluppato un nuovo sensore di ossigeno ad alte prestazioni attivato dalla luce. Questo sensore è stato progettato per operare in modo efficiente nel monitoraggio ambientale, un settore che fa sempre più affidamento su misurazioni accurate dell'ossigeno.
In uno studio pubblicato sulla rivista Advanced Science, Bezdek e i suoi colleghi presentano un sensore in grado di rilevare con precisione l'ossigeno in miscele di gas complesse, mantenendo le proprietà necessarie per l'impiego sul campo. Secondo Bezdek, "a differenza di altri gas, l'ossigeno ostacola il trasferimento di carica nel sensore attivato, modificandone la resistenza", illustrando il meccanismo innovativo impiegato nella reazione del sensore. Ciò avviene grazie a un fotosensibilizzatore che, esposto alla luce verde, facilita il trasferimento di elettroni a un materiale composito costituito da biossido di titanio e nanotubi di carbonio, attivando il materiale per una maggiore sensibilità all'ossigeno.
Una delle principali sfide delle tecnologie di misurazione dell'ossigeno esistenti è rappresentata dalle dimensioni, dal consumo energetico e dal costo, che spesso le rendono poco pratiche per le applicazioni mobili o per l'uso continuo all'aperto. Il nuovo sensore affronta questi problemi, vantando una sensibilità che gli permette di rilevare l'ossigeno in mezzo a un milione di particelle di gas, rimanendo resistente all'umidità e ad altri gas interferenti. Lionel Wettstein, dottorando e primo autore dello studio, osserva che i metodi convenzionali in genere sacrificano l'alta sensibilità per altri criteri di prestazione, che questa nuova tecnologia mira a bilanciare efficacemente.
Il team di Bezdek è attivamente alla ricerca di partnership industriali per far progredire lo sviluppo della tecnologia brevettata del sensore. Il volume di mercato annuale stimato per sensori durevoli e affidabili che misurano specificamente l'ossigeno nelle miscele di gas è di circa 1,4 miliardi di dollari USA. Inoltre, i ricercatori stanno esplorando il potenziale del loro materiale per rilevare altri gas significativi per l'ambiente, in particolare gli inquinanti a base di azoto, che notoriamente contribuiscono all'eccessiva fertilizzazione e al conseguente inquinamento in contesti agricoli. Bezdek sottolinea la necessità di "sensori che consentano una fertilizzazione precisa dei campi" per mitigare l'impronta ecologica dell'agricoltura.
Il sensore del team di ricerca si basa su un design modulare che si presta a ulteriori modifiche. Alterando la composizione chimica del materiale del sensore, il gruppo spera di estendere le sue capacità per includere varie molecole bersaglio nello spazio ambientale.
Con applicazioni pratiche che vanno dall'analisi dei gas di scarico dei veicoli al monitoraggio di ecosistemi come laghi, fiumi e terreni, l'introduzione di questo sensore potrebbe fornire strumenti efficaci per valutazioni ambientali in tempo reale. Wettstein sottolinea che "il contenuto di ossigeno in questi ecosistemi è un importante indicatore della salute ecologica", segnalando la potenziale importanza del sensore negli sforzi di conservazione dell'ambiente.
Questa ampia ricerca indica un promettente passo avanti nel campo del rilevamento dell'ossigeno, con implicazioni che potrebbero migliorare la nostra comprensione della salute ambientale e sostenere progressi tecnologici sostenibili.
