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Sensor óptico flexible para control de calidad de bebidas y parámetros medioambientales

Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid han desarrollado un sensor óptico flexible de muy bajo coste y fácil montaje que ofrece grandes ventajas respecto a otros instrumentos ópticos.

 

Dentro de un proyecto beneficiario en la Convocatoria 2015 de Ayudas Fundación BBVA a Investigadores y Creadores Culturales, investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) han fabricado un innovador sensor óptico hecho con una cinta adhesiva común (celo), material flexible de muy bajo coste y que puede adquirirse fácilmente en papelerías, que detecta variaciones de las propiedades ópticas de un líquido cuando se sumerge en él. El sensor desarrollado puede ser utilizado para el control de calidad de alimentos líquidos y la monitorización medioambiental.

 

Izquierda: sensor óptico desarrollado por investigadores de la UPM consistente en una guía de onda hecha de celo, un emisor de luz LED y un detector de luz (PD). Gracias a la flexibilidad del celo, es posible doblarlo en forma de U e introducirlo en un líquido para su análisis (derecha).

El sensor consiste en una guía de onda formada por una tira de celo, en la cual se introduce luz procedente de un LED (light emitting diode) en uno de sus extremos y se detecta la luz que sale por el otro extremo mediante un fotodiodo. El acoplo de luz a la guía flexible es posible gracias a un elemento difractivo, formado por una rejilla formada por líneas de aluminio de dimensiones nanométricas, incorporado al celo mediante un sencillo proceso de “pegar y tirar”. Ambos extremos de la guía de onda pueden ser adheridos fácilmente al emisor (LED) y detector de luz (fotodiodo).

Gracias a la flexibilidad del celo, la guía de onda puede doblarse en forma de U y ser sumergida parcialmente en el líquido que se desea examinar. Debido a la curvatura de la guía, parte de la luz que se propaga por ella se pierde por radiación. Estas pérdidas de curvatura dependen de las propiedades ópticas -en concreto, del índice de refracción- del medio circundante que, en este caso, es el líquido en el que se introduce la guía. Así, es posible detectar variaciones del índice de refracción del líquido midiendo con el fotodiodo la potencia óptica perdida durante el trayecto de la luz por la guía sumergida.

El índice de refracción de una disolución líquida está relacionado con propiedades físicas y químicas de la misma, tales como su densidad y concentración. De este modo, se puede evaluar, por ejemplo, el grado de maduración de la uva mediante la medida del índice de refracción de su jugo, o el contenido alcohólico de ciertas bebidas. Esto posibilita que el sensor desarrollado sea aplicable al sector alimenticio (control de procesos y de calidad de bebidas) y al medioambiental (control de calidad del agua).

Los materiales y componentes utilizados para fabricar el sensor son muy comunes y de muy bajo coste. Además, el ensamblado de los tres componentes principales del mismo -guía de celo, LED y fotodiodo- es muy simple, no necesita instrumentación o herramientas especializadas, por lo que puede ser realizado por personal no cualificado de forma rápida. Como señala el Dr. Carlos Angulo Barrios, el investigador principal del proyecto, “estas características, junto con la flexibilidad ofrecida por el celo, hacen que el sensor desarrollado sea muy ventajoso con respecto a otros instrumentos ópticos de detección de índice de refracción más complejos, rígidos y caros, especialmente para aplicaciones de campo y análisis in-situ de líquidos en sitios de difícil acceso”.

Carlos Angulo Barrios es investigador del Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología (ISOM) y profesor del Departamento de Tecnología Fotónica y Bioingeniería (TFB) de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación de la UPM.

 

Barrios, C.A. Rapid on-site formation of a free-standing flexible optical link for sensing applications. SENSORS, vol. 16 (1643), pp. 1-11, 2016.

 

Barrios, C.A.; Canalejas-Tejero, V. “Compact discs as versatile cost-effective substrates for releasable nanopatterned aluminium films. NANOSCALE, vol. 7, pp. 3435–3439, 2015.

 

 

 

 
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