25/04/2019 - Una ingeniera de telecomunicación de la UPNA desarrolla sensores de fibra óptica para monitorizar bajas concentraciones de oxígeno gaseoso

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La ingeniera de telecomunicación Nerea de Acha Morrás (Nazar, Navarra, 1989) ha desarrollado durante su tesis doctoral, leída en la Universidad Pública de Navarra (UPNA), diferentes sensores luminiscentes de fibra óptica para medir oxígeno gaseoso. Para ello, ha fabricado e implementado diversos recubrimientos a escala nanométrica utilizando la técnica “Layer-by-Layer nanoassembly” (nanoenseamblaje capa por capa o LbL, por sus siglas en inglés). Como resultado, la investigadora ha obtenido dispositivos de muy alta sensibilidad y resolución, que permiten monitorizar variaciones de la concentración de oxígeno de hasta el 0,1% y que presentan cortos tiempos de respuesta en la medición. Estos sensores posibilitan controlar el oxígeno presente en espacios confinados como, por ejemplo, simas, cuevas, bodegas u otras estancias cerradas, donde su concentración es crítica, con el fin de evitar posibles riesgos para la salud.

Un sensor es un dispositivo que detecta cambios en el medio externo y los transforma en señales que pueden ser registradas o medidas. En este trabajo de investigación, Nerea de Acha Morrás ha trabajado con sensores de fibra óptica basados en luminiscencia. “La luminiscencia consiste en la absorción de energía por parte de un material, y la consiguiente emisión de parte de dicha energía en forma de luz —explica la investigadora, cuya tesis doctoral ha obtenido la calificación de sobresaliente “cum laude” con mención internacional—. En este caso, como se buscaba medir la concentración de oxígeno, se utilizó una molécula luminiscente sensible a dicho gas: dado que el oxígeno apaga la luz que emite la molécula, su concentración puede ser monitorizada midiendo la intensidad de la luz emitida”.

Fabricación a nanoescala

Para fabricar estos sensores, Nerea de Acha Morrás recurrió a la técnica de nanoenseamblado capa por capa, que “consiste, a grandes rasgos, en la deposición, capa a capa, de materiales de carga opuesta”. “Esta técnica permite controlar, a escala nanométrica, diferentes parámetros de las estructuras fabricadas, como el grosor, la rugosidad, la porosidad y la permeabilidad. Estos parámetros, además, determinan las propiedades de los diferentes sensores de oxígeno, por lo que estas pueden ser modificadas con gran precisión. Asimismo, es la primera vez que la molécula utilizada para monitorizar oxígeno ha sido depositada en una nanoestructura mediante el empleo de dicha técnica”, señala la investigadora, cuya tesis doctoral ha sido dirigida por dos docentes del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación: el catedrático Francisco Javier Arregui San Martín y el profesor César Elosúa Aguado, investigadores del Instituto de Smart Cities (ISC) de la UPNA.

El uso de esta técnica también hace posible “modificar la distribución del indicador sensible al oxígeno, dentro de dichas nanoestructuras, lo que permite introducir cambios en su sensibilidad: por un lado, una distribución más o menos homogénea del indicador en la nanoestructura da lugar a sensores con mayor o menor sensibilidad, respectivamente”, según Nerea de Acha. “Por otro lado, con esta técnica, se puede ajustar la distancia entre las capas de material sensible, de forma que es posible evitar el fenómeno conocido como ‘self-quenching’ o autoapagado de la luminiscencia, que tiene lugar cuando la distancia entre las diferentes moléculas de indicador es muy pequeña, del orden de unidades de nanómetros”, concluye.

Breve currículum

Antes de realizar el doctorado en Tecnologías de las Comunicaciones, Bioingeniería y Energías Renovables (TECOMBER), Nerea de Acha cursó en la UPNA Ingeniería de Telecomunicación. Con esta titulación, obtuvo el 2.º Premio al Mejor Proyecto Fin de Carrera de la Asociación Navarra de Ingenieros de Telecomunicación. Durante la elaboración de su tesis doctoral, completó una estancia de cinco meses en el Grupo de Investigación de Óptica y Fotónica de la Universidad de Nottingham (Reino Unido).

Nerea de Acha es autora de ocho artículos publicados en revistas internacionales de alto índice de impacto y de dieciséis contribuciones a congresos nacionales e internacionales. Además, ha participado en siete proyectos de investigación: dos de ellos, financiados por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad; cuatro, con financiación del Gobierno de Navarra, y el séptimo ha sido un proyecto de transferencia tecnológica con empresas.

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