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Sensor óptico analisa partículas de compostos voláteis em suspensão no ar

Tecnologia pode medir nível de glicose no sangue e concentrações de compostos orgânicos voláteis, como o álcool e a gasolina

A microeletrônica é a base de novos modelos de sensores ópticos, que identificam compostos a partir de uma pequena quantidade de amostra, que pode ser milhões de vezes menor do que um grama. Na Escola Politécnica (Poli) da USP, o engenheiro Acácio Luiz Siarkowski desenvolveu sensores ópticos para análises químicas e biológicas, como a medição do nível de glicose no sangue e concentrações de compostos orgânicos voláteis, como o álcool e a gasolina.

O princípio de funcionamento dos sensores é semelhante ao da fibra ótica. "O sensor é fabricado por meio de guias de ondas implementados com filmes finos de óxido de silício (SiO2) e nitreto de silício (Si3N4) depositados sobre substratos de silício", diz o engenheiro. "O composto analisado pode ser absorvido por filmes seletivos depositados sobre o sensor óptico e a base de medida é a interação da fase evanescente de um laser que se propaga nos guias de ondas.”

A luz que se propaga nos guias de ondas é separada em dois feixes, como em um interferômetro, que passa por uma unidade sensora com o composto a ser medido e outra com uma amostra padrão (medida de referência). "A diferença de luz após a passagem nas duas unidades indicará qual é a substância presente no filme e a qual é sua concentração", explica Siarkowski. "A pesquisa desenvolveu sensores para medir a concentração de glicose em solução aquosa, umidade e detectar vapores de compostos orgânicos voláteis".

O sensor é fabricado em lâminas de silício de três polegadas (7,5 cm) de diâmetro e funciona com pequenas quantidades das substâncias analisadas, inclusive com partículas em suspensão no ar, que são absorvidas pelo filme do sensor de forma seletiva. "Em medições de combustíveis, por exemplo, não seria necessário utilizar uma única gota do material, bastaria deixar os sensores em contato com os vapores emitidos pelos compostos".

Monitoramento

O princípio óptico do funcionamento dos sensores elimina a necessidade de ligações elétricas no local da medida. "Não existe o risco de faíscas elétricas entrarem em contato com materiais extremamente reativos, como gases explosivos e líquidos inflamáveis", ressalta o engenheiro. "Por meio de fibra óptica, o sensor pode ser monitorado remotamente, sem que o material analisado ofereça riscos à saúde e livre de interferências eletromagnéticas". 

A tecnologia dos sensores ópticos, apesar de já ser utilizada no exterior em outros tipos de medições, ainda é pouco conhecida no Brasil. "O sistema pode ser aplicado no controle de processos industriais, medicina, monitoramento ambiental e biotecnologia", afirma Siarkowski. "Um exemplo de utilização é o controle do nível de pesticidas nas águas dos rios".

Além das concentrações de glicose, utilizadas no diagnóstico e controle da diabetes, é possível adaptar os sensores ópticos para medir a concentração de qualquer outro composto existente no sangue. "Outra aplicação prevista é a medição da umidade do ar em câmaras climáticas, para uso em indústrias, salas de processos e até mesmo em museus e exposições de arte", diz o engenheiro.

Na área de biotecnologia, os sensores podem ser utilizados para testar a eficiência imunológica de anticorpos criados em laboratório. "Com a técnica, seria possível dispensar o uso de animais em experiências com novos antígenos para o controle de doenças." A descrição dos sistemas de sensores está na tese de doutorado do pesquisador, defendida na Poli e orientada por Nilton Itiro Morimoto, especialista em laboratório do Laboratório de Sistemas Integráveis (LSI) da Poli e professor da Faculdade de Tecnologia de São Paulo (Fatec),  com co-orientação de Ben-Hur Viana Borges, da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP. 

Julio Bernardes

Agência USP de Notícias

(I.P.)

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