Investigadores de la Universidad de Tecnología de Kaunas (KTU) en Lituania han desarrollado sensores de oxígeno altamente sensibles y libres de metales con el potencial de revolucionar múltiples industrias, incluyendo envases de alimentos, medicina y biotecnología. Estos compuestos orgánicos representan una alternativa más segura y sostenible a los sistemas tradicionales de detección de oxígeno que dependen de metales pesados costosos y tóxicos.

Bajo la dirección del Dr. Matas Gužauskas, el equipo de KTU sintetizó nuevos materiales cuya luminiscencia cambia visiblemente en respuesta a los niveles de oxígeno. Esto permite la monitorización en tiempo real del oxígeno sin la necesidad de equipos especializados. En entornos con poco oxígeno, los compuestos brillan con más intensidad y cambian de color de azul a verde, un cambio fácilmente detectable a simple vista.

“Desarrollamos dos nuevos materiales que actúan como sensores de oxígeno altamente sensibles. Su luminiscencia depende de la presencia de oxígeno, y sin él, la luz se intensifica y cambia de color”, dijo el Dr. Gužauskas. “Esto permite la detección de oxígeno de una manera visualmente sencilla y accesible.”

Estos innovadores materiales están basados en derivados de tiantrano, moléculas orgánicas caracterizadas por dos átomos de azufre y una estructura no planar y doblada. Este diseño único facilita la fosforescencia a temperatura ambiente (RTP), una propiedad que es rara entre los compuestos orgánicos y especialmente valiosa para la detección de oxígeno.

La fosforescencia implica una emisión de luz de larga duración, lo que la hace particularmente susceptible a la interferencia de las moléculas de oxígeno. Cuando el oxígeno interactúa con estas moléculas excitadas, apaga la emisión, y este principio fundamental es la base para la detección de oxígeno en estos sensores.

Tradicionalmente, lograr la RTP en sensores ha requerido el uso de metales pesados costosos y tóxicos como platino o iridio. Estos materiales plantean desafíos en campos como la medicina y la seguridad alimentaria, donde la biocompatibilidad y el impacto ambiental son preocupaciones críticas. Al eliminar los metales pesados, la innovación de KTU ofrece una solución no tóxica, escalable y rentable.

Uno de los nuevos compuestos logró una constante de Stern-Volmer entre las más altas registradas para sensores libres de metales, lo que confirma su sensibilidad récord. Esto permite la detección rápida y precisa incluso de pequeñas cantidades de oxígeno, lo que lo hace ideal para aplicaciones sensibles.

Algunas de las posibles aplicaciones clave incluyen:

• Envases de alimentos: Detectar violaciones de sellado o deterioro mediante la monitorización de la entrada de oxígeno.
• Diagnóstico del cáncer: Identificar la hipoxia tumoral, una condición en la que la privación de oxígeno está relacionada con la progresión de la enfermedad.
• Biotecnología: Monitorizar el cultivo de células y los procesos metabólicos.
• Monitorización ambiental: Medir el oxígeno en el agua o el aire.
• Envases inteligentes y tintas de seguridad: Ofrecer indicadores visuales a prueba de manipulaciones para la autenticación o frescura.

Según el Dr. Gužauskas, el proceso de síntesis de estos compuestos utiliza reacciones químicas bien establecidas, lo que permite una fácil escalabilidad y adaptación comercial. El equipo está buscando socios para evaluar la compatibilidad biológica y explorar más aplicaciones médicas.

Esta investigación, parte de la iniciativa Centro de Excelencia en Ciencias Tecnológicas y Físicas (TiFEC), se llevó a cabo junto con la Dra. Rasa Keruckienė y el estudiante de doctorado Lukas Dvilys. Su trabajo puede no abrir un campo completamente nuevo, pero establece un nuevo punto de referencia en la detección de oxígeno y posiciona a KTU a la vanguardia de la tecnología de sensores sostenibles.

Para aquellos interesados en una inmersión más profunda en la química, el artículo completo, titulado “Análisis de oxígeno basado en tiantrano sin metales pesados que