Sabia que é possível detetar, através de sistemas óticos, contaminantes presentes na água? O INESC TEC quer levar esta deteção a um novo patamar e, por isso, está a desenvolver uma nova geração de sensores óticos baseados em metamateriais que conseguem resultados superiores ao nível da sensibilidade, seletividade e capacidade de análise de múltiplos compostos em simultâneo. Uma abordagem proposta pelo projeto WaveSense que visa ultrapassar as limitações dos sistemas de deteção ótica atuais.
A utilização de sistemas óticos para testar contaminantes na água não é algo novo: os sensores observam como a luz muda ao interagir com água para identificar que substâncias estão presentes e em que quantidade. A inovação reside nos sensores óticos baseados em metamateriais (materiais artificiais desenhados com estruturas minúsculas) que conseguem controlar a luz de formas impossíveis em materiais naturais. Mais sensíveis às ondas de luz à superfície, conseguem analisar vários tipos de poluentes ao mesmo tempo e com maior precisão. O primeiro passo será desenvolver esses materiais e aplicá-los, depois, a sensores.
“O nosso objetivo é contribuir para soluções avançadas de vigilância contínua da qualidade da água em ambientes naturais e industriais, em conformidade com as Diretivas da União Europeia. Esperamos consegui-lo através da otimização de metamateriais e metasuperfícies que suportem a propagação eficiente de ondas eletromagnéticas de superfície e do desenvolvimento de polímeros molecularmente impressos altamente seletivos. Além disso, queremos aplicar técnicas avançadas de micro e nanofabricação e revestir superfície dos metamateriais com MIPs (polímeros com cavidades feitas à medida para reconhecer moléculas específicas) para criar sensores híbridos capazes de reconhecer, de forma seletiva, vários contaminantes. A integração de todas estas tecnologias num protótipo vai permitir a monitorização autónoma e simultânea de vários contaminantes”, explica o investigador do INESC TEC, Luís Coelho, responsável pelo projeto.
Espera-se, no final do projeto, ter um protótipo real a ser testado em rios, lagos, águas subterrâneas e águas residuais, para provar que funciona fora do laboratório e que pode ser usado para monitorização ambiental no mundo real.
Fabricar, construir e testar: INESC TEC assume a dianteira
O papel do INESC TEC será essencial para o sucesso do projeto. Numa primeira fase, a equipa terá a responsabilidade de desenhar e simular os metamaterias, exploradas novas arquiteturas capazes de maximizar o confinamento da luz e, consequentemente, a sensibilidade dos sensores. Na fase do fabrico serão utilizadas tecnologias avançadas de nanofabricação, ou seja, máquinas que desenham padrões minúsculos a laser que só se veem ao microscópio. Depois, é tempo de juntar tudo num sensor real, combinando os metamateriais e os polímeros molecularmente impressos.
“Esta integração dará origem a um protótipo equipado com microcanais para conduzir líquidos e módulos de leitura espectral, combinando firmware e interfaces de aquisição de dados necessárias para o funcionamento autónomo do dispositivo. A última etapa envolverá a validação da tecnologia em ecossistemas aquáticos reais, em rios, lagos, águas costeiras ou subterrâneas, reforçando a ligação estratégica do INESC TEC às suas iniciativas no domínio marítimo e ambiental, como o INESCTEC.Ocean”, explica o investigador, que é também responsável pela área de fotónica aplicada no INESC TEC.
O projeto terá impacto em diversas áreas, desde logo na comunidade científica que beneficiará de novos avanços no campo da nanofotónica, dos metamateriais e das tecnologias de deteção. Por outro lado, a sociedade beneficiará de mecanismos mais eficazes de controlo da qualidade da água, essenciais para a proteção da saúde pública e a preservação dos ecossistemas aquáticos. “As entidades responsáveis pela gestão e monitorização da qualidade da água terão acesso a ferramentas mais rigorosas e sensíveis e o setor industrial e a economia azul poderão integrar estes sensores em plataformas de observação e sistemas inteligentes de deteção ambiental”, acrescenta Luís Coelho.
A tecnologia desenvolvida abre caminho a avanços futuros na área da sensorização baseada em metamateriais e reforça o papel do INESC TEC na criação de sensores de nova geração, mais precisos e seletivos. De acordo com o investigador, “a integração desta abordagem com sistemas marinhos e de monitorização ambiental assegura ainda uma trajetória de investigação sustentável e multidisciplinar”.
O projeto WaveSense conta também com a participação do Centro de Química da Universidade do Porto e dá continuidade ao Seed Project (projetos internos autofinanciados pelo INESC TEC) SurfWave, que estabeleceu a base científica para a geração e controlo de ondas eletromagnéticas de superfície e demonstrou o potencial transformador destas tecnologias.
O investigador mencionado na notícia tem vínculo com o INESC TEC.
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