La col·laboració entre els grups del professor Pau Ballester, de l'Institut Català d'Investigació Química (ICIQ), i del professor Eduard Llobet, de la Universitat Rovira i Virgili (URV), ha permès el desenvolupament d'un dispositiu capaç de detectar benzè en aire en quantitats inferiors als límits legals permesos. S'ha presentat una sol·licitud de patent amb els resultats obtinguts

Actualment existeixen diferents mètodes per a la detecció de traces de benzè, però requereixen diversos passos com bombament de la mostra, preconcentració de la mateixa i anàlisi per mètodes cromatogràfics. Aquests mètodes són selectius i arriben límits de detecció per sota de les ppb (parts per bilió) però són llargs i tenen un cost molt elevat. Per certes indústries i activitats on es pot produir exposició a benzè cal disposar de dispositius portàtils de baix cost que detectin benzè en concentracions per sota dels límits legals permesos i que puguin funcionar de forma contínua.

Amb aquests objectius en ment, els investigadors de l’ICIQ i de la URV han desenvolupat un sensor basat en nanotubs de carboni amb nanopartícules d’or funcionalitzades amb cavitands de quinoxalina. Un sensor molecular té dos objectius: en primer lloc, necessita interaccionar amb la molècula que vol detectar i, en segon, necessita que aquesta interacció es pugui veure a nivell macroscòpic amb un canvi de color, fluorescència, corrent, etc. En aquest cas el cavitand, una estructura molecular en forma de copa, atrapa el benzè i els canvis que això produeix es transmeten a través de l’or i els nanotubs de carboni fins a produir un augment de la resistència elèctrica que permet detectar la presència del compost aromàtic en l’aire. El sensor és selectiu pel benzè fins i tot en presència d’altres compostos aromàtics similars i té l’avantatge que el procés és reversible, de manera que el pas d’aire net elimina el benzè del seu interior i el deixa preparat per ser utilitzat de nou. Aquestes característiques el fan molt apropiat per a la seva utilització com a dispositiu portàtil amb un ampli ventall d’aplicacions, com la monitorització ambiental o la seguretat laboral, entre altres. Ja s’ha presentat una sol·licitud de patent amb els resultats obtinguts.

“Aquesta col·laboració ens ha permès incorporar receptors moleculars sintetitzats en el grup en un dispositiu sensor nanomètric i mesurar el canvi d’una propietat macroscòpica com a resposta a un substrat que és reconegut selectivament pel receptor sintetitzat. Es pot dir que les propietats de selectivitat i sensibilitat per detectar el benzè que ha mostrat aquest dispositiu són úniques i excepcionals considerant que es basa en l’ús d’un únic receptor molecular, quan en sistemes biològics la detecció de substàncies volàtils sol implicar l’ús de múltiples receptors”, explica Pau Ballester.

Per al grup de la URV, que porta gairebé deu anys desenvolupant sensors de gasos emprant nanotubs de carboni com a material sensible, la col·laboració ha suposat “un salt qualitatiu important, ja que ens ha permès funcionalitzar aquest material amb el receptor molecular sintetitzat a l’ICIQ”, indica Eduard Llobet, investigador del Departament d’Enginyeria Electrònica Elèctrica i Automàtica de la URV . A més d’aconseguir una sensibilitat i selectivitat al benzè mai abans reportades, “la metodologia emprada es podria aplicar al desenvolupament de sensors específics per a altres compostos volàtils d’interès en àmbits de qualitat de l’aire, protecció personal, seguretat o medicina”, afegeix.

El treball ha estat publicat a Advanced Functional Materials, on ocupa la contraportada del número en què ha estat inclòs.

Un compost orgànic considerat cancerigen

El benzè és un compost orgànic volàtil, el més tòxic d’entre els compostos BTEX (benzè, toluè, etilbenzè i xilens) que es poden trobar al medi ambient. El nivell de benzè a l’aire pot augmentar per emissions provinents de la combustió de carbó i petroli, tubs d’escapament o fum de tabac. Tothom està exposat diàriament a petites quantitats de benzè, al carrer, a la feina o a casa, en nivells que oscil·len entre 0,02 i 34 ppm (parts per milió).

El benzè ha estat reconegut com a cancerigen pels humans tant per l’Agència de Protecció Ambiental d’Estats Units com per la Comissió Europea. L’exposició prolongada a concentracions relativament baixes de benzè produeix danys severs i pot donar lloc a malalties com l’anèmia aplàstica o la leucèmia. En els últims deu anys, els límits d’exposició permesos han disminuït de 10 a 0,1 ppm. Per tant, calen sensors que detectin la presència de benzè i la seva concentració per assegurar que aquests límits no s’excedeixen.

Referència bibliogràfica: Deep Cavitand Self-Assembled on Au NPs-MWCNT as Highly Sensitive Benzene Sensing Interface. P. Clément, S. Korom, C. Struzzi, E. J. Parra, C. Bittencourt, P. Ballester, E. Llobet. Adv. Funct. Mater., 2015, 25, 4011-4020