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Un sensor clasifica hasta 63 componentes en una partícula de polvo

Un sensor clasifica hasta 63 componentes en una partícula de polvo

Un grupo de investigadores de la Universidad del Estado de Ohio, en Estados Unidos, ha conseguido aislar 63 partículas en el polvo, gracias a un nuevo tipo de sensor construido en realidad para otros fines. La presente investigación, liderada por el profesor de Química James Coe y publicada en la prestigiosa revista The Journal of Physical Chemistry C, arroja luz a estudios previos sobre salud pública que han sugerido que las enfermedades respiratorias están vinculadas especialmente con las partículas que se encuentran en la atmósfera. Por Maricar García.

Un sensor clasifica hasta 63 componentes en una partícula de polvo

Investigadores del departamento de Química de la Universidad del Estado de Ohio han encontrado y separado 63 partículas de polvo
casi por casualidad, cuando estaban probando en su laboratorio un sensor.

A través de un comunicado de la página de dicha Universidad, se explica cómo el polvo se quedó atascado en el interior de este sensor, lo que permitió descubrir que se puede medir la composición de las partículas individuales que lo componen.

En un número reciente de The Journal of Physical Chemistry C se describe además cómo este descubrimiento, financiado por la National Science Foundation, podría ayudar al estudio de las enfermedades respiratorias causadas por partículas en el aire.

La mayor parte del polvo es de origen natural, ha comentado James Coe, profesor de Química de la Universidad Estatal de Ohio. Las 63 partículas que se identificaron eran principalmente manchas irregulares que contenían trozos de muchos elementos distintos.

Componentes esenciales

El componente más común de las partículas de polvo fue la materia orgánica, señala Coe.»Orgánico» en el sentido de que proviene de algún tipo de material vegetal o animal, aunque los investigadores aún no pueden decir con precisión de qué tipo de materia orgánica se trata. Coe ha señalado en este sentido que el grupo de investigadores está a punto de hacer los análisis en profundidad requeridos para averiguar su origen.

El cuarzo fue el segundo componente más común. Tanto la materia orgánica como el cuarzo fueron encontrados en más de la mitad de las partículas de polvo que los investigadores clasificaron. Sustancias químicas artificiales provinientes de la polución del aire, fertilizantes y materiales de construcción se econtraron también en pequeñas cantidades.

Los científicos han tenido durante años dificultades para obtener mediciones precisas de la composición del polvo, en parte debido a las técnicas convencionales que implican el estudio de polvo en grandes cantidades en lugar de analizar partículas individuales.

En ningún área la composición del polvo es más importante que en la salud pública, ya que algunas enfermedades son vinculadas a las partículas que se encuentran en el aire. Coe apunta que respirar continuadamente sílice -una de las sustancias más comunes en el polvo-, por ejemplo en los trabajos mineros, puede provocar una enfermedad pulmonar llamada silicosis.

Un sensor clasifica hasta 63 componentes en una partícula de polvo

El sensor

El sensor patentado que el equipo del profesor Coe estaba probando -un tipo de malla metálica que transmite luz infrarroja a través de materiales atrapados en los agujeros- es ideal para captar minuciosamente la composición de cada partícula de polvo.

«Podemos separar las partículas por tamaño, para aislar a las que son lo suficientemente pequeñas como para entrar en los pulmones de la gente”, añadió.

Coe no tenía intención de estudiar el polvo. Él y su equipo inventaron el sensor de malla metálica -que permite capturar y transmitir más luz a través de sus orificios microscópicos de lo que normalmente sería posible- en el año 2003, y descubrieron que éste se podía usar para crear plasmones de superficie (mezclas de electrones y fotones).

El efecto aumenta la intensidad de la luz que pasa a través de orificios microscópicos en la malla, y permite a los científicos un registro detallado del espectro de luz infrarroja. Cualquier material pegado en los agujeros dejará una firma única en el espectro, por lo que el sensor puede ser usado para identificar los productos químicos en las muestras microscópicas.

De esta manera, “una sola partícula de polvo es como una instantánea del impacto de la humanidad sobre el medio ambiente», ha señalado Coe.

Algoritmos computacionales

A principios de este año, los investigadores estuvieron analizando cómo la luz fluye a través del sensor, y la malla recubierta con un anillo de diminutas esferas de látex para tomar una medida de referencia. El resultado debería haber sido un espectro único de látex, pero en lugar de eso el espectro llevó la firma de varios minerales gracias a la única partícula de polvo que había conseguido entrar en el interior del sensor.

El estudiante Matthew McCormack, quien ha colaborado con el profesor Coe en el estudio, ha bautizado a esta primera partícula de polvo con el nombre de su perro, Abby.

En pruebas posteriores, los investigadores fueron capaces de aislar y estudiar 63 partículas individuales de polvo en el aire de su laboratorio. El resultado es una biblioteca de componentes del polvo común. Cuarenta de las partículas (63%) contenían materia orgánica. El mineral más común era el cuarzo, que estuvo presente en 34 (54%) de las partículas, seguido de carbonatos (17 partículas, o 27%) y yeso (14 partículas, o 22%).

En la actualidad, Coe y su equipo están construyendo algoritmos computacionales para analizar mejor los componentes minerales y revelar detalles sobre los componentes orgánicos. “Una biblioteca de componentes del polvo común sería útil para muchas áreas de la ciencia”, ha señalado.

De esta manera, los investigadores en salud pública podrían utilizar el sensor como una herramienta de laboratorio para analizar las partículas de polvo. El sensor también podría servir para estudios sobre Astronomía, Geología, Ciencias Ambientales y Ciencias de la Atmósfera.

RedacciónT21

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