Prospettive. Grazie ad intense ricerche condotte di recente, si intravvede ormai la possibilità reale di integrare i sensori nei materiali per imballaggio alimentare, per monitorare composti organici volatili e molecole di gas come ossigeno, anidride carbonica, ammoniaca, ecc. I recenti progressi tecnologici e la ricerca scientifica in corso offrono la prospettiva di sviluppare una nuova generazione di sensori o di ridisegnare i sensori convenzionali. Le nuove tecnologie sono l’elettronica stampata, le nanotecnologie, la fotonica, le biotecnologie e i nasi elettronici.

1a) L’elettronica stampata (“printed electronics”) è una nuova tecnologia per la produzione di dispositivi elettronici (display, sensori, batterie, etc.) su substrati flessibili come PET, poliestere e carta (vedi Fig. 1). Questa tecnologia si basa sull’utilizzo di inchiostri elettricamente attivi.

Questi sistemi possono essere prodotti con il processo roll-to-roll, cioè con successivi passaggi di stampaggio e asciugatura su una pellicola flessibile in movimento, come ad esempio un rotolo di plastica oppure una lamina metallica. I processi quindi sono relativamente semplici, veloci e producono poco materiale di scarto. Le tecniche di stampaggio più usate in questo campo sono la rotocalcografia, la stampa a getto d’inchiostro e la serigrafia, ognuna con i propri vantaggi e limiti. Ad esempio, la tecnica a getto d’inchiostro è più applicabile per test in ricerca e sviluppo, mentre la rotocalcografia può essere applicata su vasta scala. Questi sistemi sono leggeri, pieghevoli, arrotolabili, portatili e quindi offrono la possibilità di creare sensori su una varietà di substrati, ognuno dei quali creato su misura per una specifica applicazione. Recentemente, la Thin Film Electronics ASA ha prodotto con questa tecnologia un sistema integrato contenente un sensore di temperatura alimentato da batterie, per il monitoraggio di prodotti deperibili. Alcuni dispositivi elettronici stampati sono già prodotti su larga scala, ma purtroppo deve ancora essere risolto il problema delle basse prestazioni.

1b) Le nanotecnologie. Negli ultimi anni c’è stato un aumento esponenziale del numero di articoli scientifici pubblicati sui nanomateriali per rilevamento di gas. Questo deriva dalla crescente necessità di sensori piccoli, semplici, ad elevata sensibilità, selettivi, reversibili e con basse temperature di esercizio. In particolare:

• i nanomateriali di carbonio suscitano un grande interesse perché mostrano un’eccellente sensibilità di rilevamento, oltre ad eccellenti proprietà elettriche (elevata conducibilità elettrica) e meccaniche (peso basso, elevata flessibilità anche a basse temperature), che li rende adatti per essere utilizzati nei sensori;
• i nanotubi di carbonio stampati sono già stati usati con successo come sensori di gas con risposta eccezionalmente elevata e immediata all’ammoniaca e all’anidride carbonica;
• il grafene è un materiale con una capacità di rilevamento potenzialmente elevatissima. Infatti, essendo un materiale bidimensionale composto da un singolo strato di atomi, tutti gli atomi sono affacciati sulla superficie e quindi sono coinvolti nelle reazioni con i gas; questa caratteristica comporta la possibilità di rilevare in teoria anche una singola molecola di gas, che è la più bassa capacità di rilevamento mai ottenuta.

Tuttavia, lo sfruttamento commerciale dei nanomateriali di carbonio è ancora lontano, perché occorre superare alcune barriere tecnologiche, tra cui la possibilità di avere processi su larga scala e con un buon rapporto costi-prestazioni.