Un soplo de tecnología fresca — Una nueva “nariz electrónica” detecta gases con una precisión sin precedentes

27.06.2025

Sensor de gases basado en nanotubos de carbono funcionalizados con MINT. Imagen: Emilio M. Pérez.

Investigadores de IMDEA Nanociencia diseñan sensores basados en nanotubos de carbono con una sensibilidad y selectividad extremas hacia compuestos orgánicos volátiles.
Cuando se ensamblan en una matriz, las capas sensibles pueden discriminar un analito específico, demostrando su capacidad para funcionar como una nariz electrónica.
Este dispositivo de prueba de concepto puede detectar amoníaco, óxido de nitrógeno, isopropanol, acetona y otros vapores químicos en concentraciones por debajo de 100 ppb.

Madrid, 27 de junio de 2025. Un equipo de investigadores del instituto IMDEA Nanociencia y de la Università Cattolica del Sacro Cuore ha desarrollado una nueva clase de sensores de gases basados en nanotubos de carbono funcionalizados con MINTs, que ofrecen una precisión sin precedentes para detectar y distinguir compuestos orgánicos volátiles. Esta “nariz electrónica” está formada por una matriz a medida de quimirresistores capaces de detectar gases como el amoníaco, el dióxido de nitrógeno o vapores de acetona a temperatura ambiente, lo que abre el camino hacia monitores ambientales de bajo consumo y dispositivos portátiles para el análisis del aliento.

Los nanotubos de carbono de pared única son materiales ideales para la detección gracias a su gran superficie, pero su extrema sensibilidad conlleva una desventaja: su baja selectividad. Para solucionar esto, los investigadores han “vestido” los nanotubos con moléculas en forma de anillo para mejorar su capacidad de discriminar entre distintos compuestos químicos. Estos derivados de los nanotubos, conocidos como Nanotubos de Carbono Mecánicamente Entrelazados (MINTs), permiten introducir funcionalidades químicas en los nanotubos sin alterar su estructura intrínseca.

Los quimirresistores basados en MINTs mostraron una respuesta significativamente mejor frente a los gases objetivo —incluyendo NH₃, EtOH, IPA, benceno, NO₂, acetona y NaClO— que los nanotubos sin modificar, incluso a bajas concentraciones (10–200 ppm). Los investigadores demostraron que su límite de detección estaba por debajo de decenas de partes por billón (ppb).

Al ensamblarse en una matriz, estos sensores se comportan como un sistema olfativo artificial, capaz de identificar de forma selectiva analitos específicos a pesar de la presencia de potenciales interferencias. Por ejemplo, el amoníaco se distinguió con éxito de una amplia gama de otros vapores. Una de las capas sensoras mostró incluso una sensibilidad hasta 10 veces mayor y tiempos de respuesta más rápidos, simplemente reduciendo el grosor de la película.

La investigación, publicada en la revista Journal of the American Chemical Society, constituye una prueba de concepto de esta nariz electrónica, que no solo demuestra el poder de los sensores basados en MINTs para la detección compleja de gases, sino que también destaca su capacidad de personalización. Gracias al control sintético sobre la estructura de las moléculas entrelazadas, los investigadores pueden ajustar con precisión las propiedades del sensor, abriendo una nueva frontera en el diseño de narices electrónicas inteligentes, selectivas y escalables.

Este trabajo es el resultado de una colaboración entre investigadores del Instituto IMDEA Nanociencia, liderados por el Prof. Emilio M. Pérez, y de la Università Cattolica del Sacro Cuore, liderados por el Prof. Luigi Sangaletti. Ha sido parcialmente financiado por la acreditación de Excelencia Severo Ochoa concedida a IMDEA Nanociencia (CEX2020-001039-S).

Palabras clave: nanotubos de carbono, SWNTs, MINTs, VOCs, nariz electrónica, sensores de gas, Raman, olfacción artificial, PCA, UMAP, aprendizaje automático, rotaxano, MINTs detectan VOCs

Glosario:

Nanotubo de carbono: molécula cilíndrica hueca compuesta únicamente de átomos de carbono, con un diámetro menor a 2 nanómetros. Pueden ser de pared simple (SWNTs) o de pared múltiple.
MINTs: derivados de nanotubos de carbono entrelazados mecánicamente con otras moléculas orgánicas de tipo anillo.
Quimirresistor: material cuya resistencia eléctrica cambia en respuesta a cambios en el entorno químico cercano.

Referencia

Michele Galvani, Alejandro López-Moreno, Natalia Martín Sabanés, Sylwia Parzyszek, Michele Zanotti, Sonia Freddi, Emilio M. Pérez, and Luigi Sangaletti, Efficient Implementation of MINT-Based Chemiresistor Arrays for Artificial Olfaction. Journal of the American Chemical Society 2025. DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.5c07781

Enlace al Repositorio de IMDEA Nanociencia: https://hdl.handle.net/20.500.12614/4016

Contacto:

Prof. Emilio Pérez
emilio.perez [at] imdea.org
https://nanociencia.imdea.org/chemistry-of-low-dimensional-materials/home
Bluesky: @emilioperezlab.bsky.social

Oficina de Divulgación y Comunicación en IMDEA Nanociencia
divulgacion.nanociencia [at]imdea.org

Fuente: IMDEA Nanociencia.

El Instituto IMDEA Nanociencia es un centro de investigación interdisciplinar en Madrid dedicado a la exploración de la nanociencia y el desarrollo de aplicaciones de la nanotecnología en relación con industrias innovadoras. IMDEA Nanociencia es un centro de Excelencia Severo Ochoa desde 2017, máximo reconocimiento a la excelencia investigadora a nivel nacional.