O sensor de poluição movido a fluxo detecta aminas tóxicas na água

Com os níveis de poluição aumentando, a necessidade de verificar rapidamente a qualidade da água se tornou mais urgente do que nunca. Os sistemas de monitoramento tradicionais geralmente dependem de equipamentos volumosos caros com dificuldade operacional, tornando -os impraticáveis ​​em áreas remotas ou em locais com recursos limitados.

Em um avanço significativo, os pesquisadores do Instituto de Science Tóquio (Science Tóquio), Japão, construíram um dispositivo auto-alimentado que detecta aminas tóxicas na água usando eletroquimiluminescência (ECL). A tecnologia funciona produzindo luz durante uma reação química. O brilho da luz indica se os poluentes estão presentes, permitindo a detecção de contaminação no native.

O processo ECL depende de duas moléculas principais: um cromóforo, que serve como emissor de luz; e um correspondente, que é uma espécie de sacrifício. Essas moléculas são submetidas reações redox Isso empurrou o cromóforo a um estado excitado.

À medida que o cromóforo relaxa de volta ao seu estado basic, emite luz, indicando a presença do composto alvo. Tradicionalmente, a ECL exigia uma fonte de alimentação externa para impulsionar essas reações. O novo dispositivo, no entanto, não precisa de uma fonte de energia. Em vez disso, ele bate na tensão gerada quando o líquido flui através do sistema.

A equipe de pesquisa foi liderada pelo professor Shinsuke Inagi pelo Departamento de Ciência e Engenharia Química da Science Tóquio, junto com a Dra. Elena Villani (então professora assistente especialmente nomeada) e Rintaro Suzuki (então estudante de graduação). Os recursos e o funcionamento do dispositivo foram publicados na revista Comunicações da natureza em 8 de setembro de 2025.

“Como essa técnica ECL não requer uma fonte de alimentação, ela abre novas possibilidades para aplicações como detecção de poluentes em rios ou tubulações usando energia de fluxo pure. Esse conceito pode ser estendido para a detecção ECL de um grande conjunto de analitos, além Monitoramento ambientalcomo para testes de alimentos e água e agentes de biowarfare “, diz Inagi.

A equipe projetou um dispositivo microfluídico com duas câmaras contendo eletrodos de fios de platina, conectados por um canal preenchido com materials poroso. Os eletrodos são conectados por um amperímetro, formando um sistema de eletrodo bipolar dividido. Quando o líquido é empurrado pelo canal, mesmo com uma seringa simples à mão, gera um potencial de fluxo de até 2-3 volts, o suficiente para desencadear reações redox nos eletrodos.

Para o cromóforo, os pesquisadores depositaram benzotiadiazol-trifenilamina (BTD-TPA) no ânodo, enquanto Tri-N-propilamina (TPRA) foi usada como co-reagente. Os pesquisadores escolheram detectar aminas como são amplamente utilizadas em processos industriais e são conhecidos por serem tóxicos, carcinogênicos e causam mutações genéticas.

Quando uma solução contendo TPRA fluiu através do dispositivo, o potencial de fluxo levou a oxidação da amina e do cromóforo no ânodo, iniciando uma série de reações que produziram luz visível. A eletroluminescência foi forte o suficiente para ser capturada por uma câmera digital, com sinais detectáveis ​​gerados em tensões tão baixas quanto 2,3 volts.

Além do TPRA, o dispositivo foi capaz de detectar outras aminas, como 2- (dibutilamino) etanol e trietanolamina, embora com eficiência reduzida. Também detectou com sucesso as concentrações vestigiais de aminas na água destilada e na torneira, com um limite de detecção tão baixo quanto 0,01 milimolar para TPRA. As implicações são significativas. Como o sistema não requer fonte de alimentação externa, ele pode ser implantado para o monitoramento de poluentes em tempo actual, especialmente durante os cenários de emergência, quando a eletricidade não está disponível.

“Acreditamos que nosso protótipo pode representar uma classe inovadora de dispositivos eletroquímicos analíticos de baixo custo e portátil que podem ser empregados usando a potência elétrica da natureza. Nossa visão para o futuro é que, uma vez que essa tecnologia tenha avançado e se torne mais robusto, um fluxo de água pure contínuo, por exemplo, em um rio, pode ser explorado para fornecer a energia elétrica necessária para executar o dispositivo, por exemplo, em um rio, pode ser explorado.