Piccolo quanto un microchip ma capace di rilevare gas e sostanze critiche con sensibilità paragonabile a strumenti di laboratorio: è il nuovo sensore fotonico miniaturizzato sviluppato da una ricerca internazionale che vede coinvolto il Dipartimento interuniversitario di eccellenza di Fisica dell’Università e del Politecnico di Bari con la Shanxi University e la Jinan University. Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications, e apre nuove avveneristiche prospettive e scenari applicativi: dalla sicurezza industriale, alle infrastrutture strategiche, dalla prevenzione dell’inquinamento e alla diagnostica precoce di malattie.
Alla base del risultato scientifico c’è una piattaforma di sensing multifunzionale “on-chip” basata su fotonica integrata in niobato di litio, materiale altamente compatibile con l’integrazione elettronica e fotonica e particolarmente adatto alla realizzazione di dispositivi compatti, scalabili e ad alte prestazioni. L’architettura sviluppata consente il rilevamento simultaneo di più specie chimiche con elevata sensibilità e selettività, rendendo possibile la progettazione di reti diffuse di sensori miniaturizzati destinati al monitoraggio continuo di ambienti complessi e ad alto rischio.
Le applicazioni più immediate riguardano i sistemi di sicurezza industriale e delle infrastrutture strategiche: sensori di nuova generazione potranno essere integrati in reti di monitoraggio distribuite per il rilevamento precoce di fughe di gas, il controllo delle emissioni nei settori energetico e chimico, la sorveglianza di raffinerie e impianti industriali e la protezione di ambienti di lavoro ad alto rischio. La possibilità di produrre i dispositivi su larga scala e integrarli facilmente in sistemi embedded e reti IoT avanzate, rende la tecnologia particolarmente promettente per l’adozione industriale.
Oltre agli ambiti legati alla sicurezza, la piattaforma sviluppata apre prospettive rilevanti anche nel monitoraggio ambientale distribuito, nel controllo in tempo reale di processi industriali complessi e nelle life sciences, dove dispositivi portatili basati su questa tecnologia potranno abilitare applicazioni di diagnostica precoce, analisi del respiro e test point-of-care ad alta sensibilità. L’elevato livello di integrazione fotonica ed elettronica e la compatibilità con processi produttivi industriali rendono infatti l’architettura particolarmente attrattiva per la produzione su larga scala e per i mercati emergenti legati alla sicurezza globale e alla transizione energetica.
«Questa tecnologia dimostra come la fotonica integrata possa offrire soluzioni compatte, scalabili e ad altissime prestazioni per applicazioni di sicurezza industriale, ambientale e biomedicale- sottolineano i professori Vincenzo Spagnolo, Pietro Patimisco e Angelo Sampaolo del Dipartimento di Fisica di UniBa e PoliBa, tra gli autori dello studio – La possibilità di realizzare sensori multiparametrici su chip rappresenta un passo decisivo verso sistemi di monitoraggio distribuiti, continui e affidabili, fondamentali per la sicurezza delle infrastrutture e per la transizione energetica».
Da sinistra a destra i prof. di Fisica di Bari: Angelo Sampaolo, Vincenzo Spagnolo e Pietro Patimisco
