WO2013014310A1 - Sensor de determinación directa de la presencia de detergentes en una muestra - Google Patents

Sensor de determinación directa de la presencia de detergentes en una muestra Download PDF

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WO2013014310A1
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sensor
digits
barrier
detergent
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PCT/ES2012/070553
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Andrei Bratov Nikiforov
Andrey Ipatov
Natalia ABRAMOVA PAVLOVA
Carlos DOMÍNGUEZ HORNA
Angel Merlos Domingo
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Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic)
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    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L15/00—Washing or rinsing machines for crockery or tableware
    • A47L15/42—Details
    • A47L15/4297—Arrangements for detecting or measuring the condition of the washing water, e.g. turbidity
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F34/00—Details of control systems for washing machines, washer-dryers or laundry dryers
    • D06F34/14—Arrangements for detecting or measuring specific parameters
    • D06F34/22—Condition of the washing liquid, e.g. turbidity
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F2103/00—Parameters monitored or detected for the control of domestic laundry washing machines, washer-dryers or laundry dryers
    • D06F2103/20—Washing liquid condition, e.g. turbidity
    • D06F2103/22—Content of detergent or additives

Definitions

  • the present invention describes a new three-dimensional impedance sensor in which the highly conductive electrodes are separated by a barrier of an insulating material, useful for the direct determination of the presence of detergent residues in water in the washing processes and rinse cycles.
  • the present invention is framed in the field of sensors suitable for direct monitoring and control of the washing processes that guarantee the quality of the rinse and the absence of detergent residues in the washed materials, optimize the washing process and help to save energy and water by lowering the costs of these processes.
  • patent TW510934 presents the device and method for detecting detergent residues in a washing machine in which a water quality sensor detects the conductivity of the water, where the conductivity is proportional to the detergent in the water.
  • a conductivity sensor consisting of two metal electrodes is used.
  • an electric current is generated that corresponds to the conductivity of the cleaning liquid, which depends on the detergent concentration.
  • the value of the current which can also be converted to impedance (JP4187183), it is intended to measure the concentration of detergent.
  • the conductivity may depend on the impurities present in water, so it is also proposed (US4956887) to additionally control another solution property such as the pH for the determination of the detergent concentration more precisely.
  • Another proposed method for determining the concentration of detergents in decontamination solutions is based on the dependence of the dielectric constant of the solution on the detergent concentration.
  • the capacity of a flat or circular capacitor formed by two metal electrodes covered with an insulating layer that prevents direct contact between the solution and the metal electrodes is measured.
  • the presence of a detergent can increase or decrease the dielectric constant of water, depending on the composition of the detergent. In this sense, a highly ionic detergent increases the dielectric constant of water, while a highly non-polar organic detergent will decrease the dielectric constant of water.
  • the disadvantages of the present method are: poor sensitivity of the dielectric constant to the concentration of the detergent; Commercial detergents include both ionic and non-ionic detergents that change the dielectric constant in the opposite direction and neutralizes the overall effect.
  • a device with an interdigitated electrode array can be used measuring changes in the impedance as a function of the electrical conductivity and / or the dielectric constant of the contact liquid with the sensor (Measurement of liquid complex dielectric constants using non-contact sensors Jun Wan Kim; Pasupathy, P .; Sheng Zhang; Neikirk, D.P., Sensors, 2009 IEEE Conference, 2009, p. 2017 - 2020).
  • the present invention comprises a sensor whose sensitivity is much higher than the prior art sensors due to the presence of a barrier between each pair of digits included in the pair of interdigitated electrodes, respectively. In this way a three-dimensional sensor is obtained unlike the flat sensors of the state of the art. Therefore, an objective of the present invention is to provide a new electrochemical sensor capable of determining the presence or absence of detergents in a sample such as an aqueous or liquid solution.
  • the sensor for direct determination of the presence of detergents in a sample of the present invention in the preferred embodiment of the invention comprises: i) a substrate electrically isolated from the rest of the elements included in the sensor;
  • the senor is configured to detect the presence of detergent molecules by changing its impedance when it captures the presence of adsorbed detergent molecules on its surface in the sample due to the change suffered by an electric field generated between the first and the second digit and exceeds that barrier.
  • the first interdigitated electrode and the second interdigitated electrode as well as the first digit and the second digit are formed in the same highly electrically conductive and chemically inert material.
  • the substrate is of the dielectric type.
  • the substrate is of the conductive type covered with an electrically or dielectric insulating layer, such that the substrate is always electrically isolated from the rest of the components included in the sensor.
  • the substrate is of a dielectric material selected from a polymer, a glass and an inorganic oxide.
  • the electrically or dielectric insulating layer is of a material selected from an inorganic dielectric and a polymer.
  • the first interdigitated electrode and the second interdigitated electrode and the first digit and the second digit are made of metal.
  • the metal is selected from Pt, Pd, Au, oxides, Si, polycrystalline silicon, tantalum silicide and conductive polymers.
  • the first digit and the second digit comprise a width and a separation between them within a range between 0.5 to 10.0 ⁇ , both inclusive.
  • the barrier of insulating material is a material selected from inorganic oxides, polymers and materials sensitive to UV light exposure.
  • the barrier has a height between 50% and 150% of the distance between the centers of the first digit and the second digit.
  • the barrier has a height equal to the distance that separates the centers of the first and second digits.
  • the insulating barrier material comprises physicochemical properties that facilitate adsorption of detergent molecules.
  • the interdigitated electrodes are organized according to an interdigitated matrix.
  • a device for detecting electrical properties is connected to the interdigitated electrodes by means of welding points, to which an AC voltage is applied, and which measures the variation in the electric field near the surface of the barrier.
  • the detection device is an impedimeter that measures the impedance between the interdigitated electrodes of the sensor.
  • the senor of the present invention for any of the above embodiments can be used in a procedure for determining the presence of detergents found in a sample solution. It can also be used in a procedure for determining the presence of detergents in washing equipment.
  • Figure 1. Shows a perspective view of the impedance sensor of the present invention.
  • Figure 2A.- Shows a plan view of the impedance sensor of the present invention.
  • Figure 2B - Shows an elevation view along the cutting line A-A 'shown in Figure 2A of the impedance sensor of the present invention.
  • Figure 2C- Shows an elevation view of a section of the impedance sensor of the present invention showing the field lines between digits and exceeding the barrier.
  • Figure 2D Shows an elevation view of a section of the impedance sensor of the present invention showing the field lines between digits and overcoming the barrier, where in addition, the detergent particles are adhered to the barrier.
  • Figure 3. Shows the equivalent electrical circuit of a state of the art sensor.
  • Figure 4 - Shows the equivalent electrical circuit of the sensor of the present invention.
  • Figure 5. Shows the impedance spectra measured in solutions with different detergent concentration. In the insert the part of the spectra corresponding to the low frequencies is shown.
  • Figure 6 - Shows the impedance spectra of Figure 5 presented as changes in series resistance with a capacity as a function of the measurement frequency for different sample solutions.
  • Figure 7.- Shows the values of R in series with a determined capacity at a fixed frequency of 100 Hz of the sensor as a function of the concentration of the detergent in the sample solutions.
  • Figure 8A Shows the response of the sensor of the invention, measured as the value of R in series with a fixed frequency capacity of 100 Hz, in the presence of different commercial detergents: detergents for washing machines of the Ariel brands (no. 1 ) and Johnson & Johnson (no.2)
  • Figure 8B Shows the response of the sensor of the invention, measured as the value of R in series with a fixed frequency capacity of 100 Hz, in the presence of different detergents: Auchan dishwasher detergent and industrial pipe detergent.
  • the adsorption of the detergent molecules that take place on the surface of the barriers 4 of the sensor 10 affects the distribution of ionic charges on the surface of said barriers increasing the surface ionic conductivity and, therefore, affecting the electrical properties of the layers near the surface of the barrier.
  • An AC voltage is applied to the electrodes, through a detection device (not shown) to which they are connected, perceiving the impedance changes that occur between them.
  • the elements 2A, 3A shown in Figure 2A which are connected to interdigitated electrodes 2,3 are formed as digits forming a shape configuration of "combs" (interdigitated electrodes) intertwined whose "spikes” (digits) do not touch each other.
  • the set consisting of the digits and their respective interdigitated electrodes are called “electrodes" in the present invention.
  • an electrical signal is applied, either a voltage difference or a current, at welding points 6-7 of the sensor of the invention ( Figure 2A) an electric field appears that gives rise to a series of lines of field 8 Figure 2C).
  • the detergent molecules 9 to be detected are in the sample solution, then they are adsorbed on the surface of the barriers 4 producing a sharp increase in the ionic surface conductivity that causes the variation in the electric field close to the surface of the barriers.
  • the electrical equivalent circuit, presented in Figure 4 carries all the components of Figure 3, plus a resistance (R su rf) and capacity (C su rf) associated with the high conductivity surface layer.
  • the variation in R surf can be quantified by measuring the impedance spectra or the impedance at a fixed frequency (see Examples 2 and 3) even in the solutions of high own conductivity.
  • an object of the present invention constitutes a useful sensor for the direct determination of the presence of detergent residues in a liquid sample or in washing liquids, which in the exemplary embodiment of Figures 2 A-2D comprises :
  • a substrate 1 electrically isolated from the rest of the elements included in the sensor ii) at least a first digit 2A and a second digit 3A comprised in a first interdigitated electrode 2 and a second interdigitated electrode 3, respectively, wherein said first and second interdigitated electrodes 2-3 and said first and second digit 2A-2B are formed in an electrically conductive material, arranged on the substrate and separated, each pair of digits 2A-3 A, by
  • the substrate 1, called the base layer can be of different types of materials, for example, a crystalline wafer (quartz, silicon, sapphire), an amorphous material (glass), a polymer (PMMA, PC, PEEK, PVE, PEI) or a thick layer of ceramic material, such as AI2O3.
  • a crystalline wafer quartz, silicon, sapphire
  • an amorphous material glass
  • a polymer PMMA, PC, PEEK, PVE, PEI
  • a thick layer of ceramic material such as AI2O3.
  • an insulating dielectric layer must be formed on the surface of the substrate.
  • This insulating layer may be a polymeric layer, such as a polyimide or a BCB (Benzocyclobutene), or an inorganic material, for example S3N4 deposited by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) or PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) techniques, or a layer of Si0 2 deposited or thermally grown on a silicon wafer.
  • LPCVD Low Pressure Chemical Vapor Deposition
  • PECVD Pasma Enhanced Chemical Vapor Deposition
  • the senor of the invention comprises an insulating substrate 1 of a material belonging to the following group: a polymer, a glass or an inorganic oxide.
  • the electrodes of ii) are formed by a layer of a good electrical conductor material, deposited on the dielectric layer by any method of physical or chemical deposition, preferably using evaporation techniques.
  • the geometry of the electrodes is defined by lithographic techniques, followed by direct engraving processes or by lift-off.
  • the width and separation between each pair of digits should preferably have sizes in the micrometric range; however, they can also be in the sub-micrometer range.
  • Any material that is a good electrical conductor and does not react with the solution can be used to form the electrodes.
  • Pt, Pd, Au or materials such as Si, polycrystalline silicon, tantalum silicide or even conductive polymers may be used, provided that reactions that alter the electrode integrity.
  • the thickness of the conductive layer It can be very wide, but for the application as a sensor a thickness of around 150 nm is recommended.
  • the deposition of the layer can be achieved by thermal evaporation, sputtering, electron gun or any known technique that allows obtaining layers of electrically conductive materials, and is within the reach of one skilled in the art.
  • the metal of the weld point can be any metal that guarantees a good welding with wire and a low resistance of contact with the underlying material, which forms the conductive electrodes. This metal, by way of example, can be aluminum.
  • the dielectric barriers between each pair of adjacent electrodes of the interdigitated structure are created by deposition of a layer of insulating material (not shown) that is removed from above the metal digits and weld points through the use of photolithography processes.
  • UV and etching mainly deep reactive ionic etching (Deep Reactive Ion Etching, DRIE).
  • the thickness of the insulating layer which defines the height of the barrier that separates two adjacent digits, is assumed equal to 100% of the distance that separates the centers of said pair of adjacent digits.
  • barriers with heights varying between 50% and 150% of the intercenter distance of two consecutive digits, or with thicknesses above or below this range are possible.
  • the dielectric material used for the formation of the barriers can be any type of insulating material with the physical-chemical properties that facilitate the adsorption of the surfactant molecules of detergents, although for technological reasons it is preferable to use as such the silicon dioxide obtained by LPCVD , since it can be easily removed.
  • the form of the barriers obtained after the engraving process is not critical either, being able to be these rectangular, with inclined or vertical walls, and flat or rounded at the top.
  • UV-sensitive exposure sensitive materials could be used to define barriers;
  • Micromolding techniques can also be used, such as capillary micro-molding, replica molding, solvent-assisted micro-molding, etc.
  • the height of the insulating barrier 4 shown in any of figures 2B to 2D is equal to the distance that separates the centers of a pair of consecutive digits.
  • the height of the barrier that separates two adjacent digits is between 50% and 150% of the distance between the centers of a pair of consecutive digits.
  • the technological process described allows, through the use of conventional microelectronic technology, a high miniaturization of the sensors and, also, the construction of matrices of these sensors integrated on the same substrate.
  • the integrated sensor matrices manufactured according to the described methodology allow to obtain devices for differential measurements, for example by comparing the response of the sensors in liquids with different detergent concentrations. These devices can be integrated with other sensors, for example temperature, and are capable of simultaneously detecting a multitude of parameters, this is multi-parametric analysis.
  • the variation of the electric field that occurs between the sensor digits when the adsorption of detergent molecules on the barrier surface occurs can be quantified by measuring the impedance at a suitable DC frequency and / or polarization.
  • the impedance analysis is the preferred electrical measurement, since this analysis may become a measure of resistance, capacity, dielectric loss and / or reactance, over a range of frequencies, including or not including DC polarization, or a combination of both techniques
  • the detection is carried out by means of an impedimeter that measures the impedance between the sensor electrodes.
  • the starting material for this particular embodiment of the invention was a silicon wafer. Since it is only going to be used as a substrate, neither the type, the dose of doping, the value of conductivity, nor the crystalline orientation does not matter.
  • the silicon wafer was thermally oxidized, at 950 ° C in a wet oxidation process, forming a 2000 nm layer of silicon dioxide of good dielectric quality.
  • the next step was to deposit a highly conductive tantalum silicide layer 230 nm thick by magnetron sputtering.
  • the first photolithographic level defined the busbars and the digits of the two electrodes.
  • the reasons were defined using the technique of reactive ionic etching. As a result, a matrix of 216 digits was obtained, each with 3.0 ⁇ width and another 3.0 ⁇ distance between adjacent digits.
  • the opening between the electrodes was 1.4 mm, and its total length was 301.0 mm for each electrode.
  • Welding points were formed by depositing a 1.0 ⁇ layer of aluminum, and were arranged, using conventional photolithography and etching techniques, at the ends of the busbars.
  • the last step was to obtain the insulating barriers.
  • the wafer surface was coated with a layer of, in this case, 4.0 ⁇ of silicon oxide deposited by LPCVD. Again, photolithography and etching were used to generate the pattern that allowed the material to be left between the digits and coated the busbars, except at the welding points. The removal of this layer was done with the deep reactive ionic etching technique (DRIE), which provides barriers with almost vertical walls. The height of the barrier was in this particular case almost 67% of the distance between two adjacent digits.
  • DRIE deep reactive ionic etching technique
  • the individual devices were glued to a PCB substrate and the wires for electrical connection were soldered with an impedimeter.
  • Example 2 Simulation of the response of the sensor of the invention to changes in surface conductivity. Measures of impedance spectra with the sensor of the invention in detergent solutions. Five solutions with different concentrations of washing machine detergent (white label) are prepared by diluting the initial solution containing 1% with tap water.
  • Table 1 presents the concentrations and conductivity of the solutions used in the experiment. As you can see, the conductivity of solutions with a small amount of detergent is determined by the conductivity of tap water.
  • the solutions are placed in 25 ml boats where the sensor connected to an impedance analyzer is introduced.
  • the impedance spectra are measured by recording the values of real impedance ( ⁇ ') and imaginary impedance (Z ") in a frequency range between 100 Hz and 1 MHz with a voltage signal applied from the analyzer to the sensor that does not exceed 25 mV in magnitude
  • the sensor is washed with tap water and dried with a flow of compressed air.
  • the impedance of this circuit equivalent to high frequencies is determined by the electrical resistance of the solution, Rs, in parallel with the geometric capacity of the sensor. At low frequencies the impedance depends more on the RSU RF and CSU RF components connected in series.
  • Figure 6 shows the impedance spectra of Figure 5 presented as changes in series resistance with a capacity as a function of the measurement frequency for different sample solutions. It concludes that the control of the sensor parameters as a function of the concentration of detergents can be done by measuring the values of R in series with a capacity at a fixed frequency, for example 100 Hz. The corresponding values depending on the Detergent concentration are presented in Figure 7.
  • Standard solutions of tap water based detergents are prepared. These solutions are added in known volumes using a micropipette to 10 ml of tap water by changing the concentration of the detergent in the range of 0.001-0.1 g / 1. After each change of concentration, the resistance value is measured in series with a frequency capacity of 100 Hz using an impedance analyzer.

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Abstract

La presente invención describe un nuevo sensor impedimétrico tridimensional en el que los electrodos interdigitados comprenden dígitos altamente conductivos que están separados por una barrera de un material aislante, útil para la determinación directa de la presencia de residuos de detergentes en agua en los procesos de lavado y ciclos de aclarado. El sensor cambia su impedancia cuando capta la presencia de moléculas de detergente en una muestra debido al cambio que sufre el campo eléctrico cuyas líneas de campo parten de un dígito (2) hasta llegar al otro dígito (3) sobrepasando la barrera aislante (4).

Description

SENSOR DE DETERMINACIÓN DIRECTA DE LA PRESENCIA DE DETERGENTES EN UNA MUESTRA
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención describe un nuevo sensor impedimétrico tridimensional en el que los electrodos altamente conductivos están separados por una barrera de un material aislante, útil para la determinación directa de la presencia de residuos de detergentes en agua en los procesos de lavado y ciclos de aclarado. SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se enmarca en el campo de los sensores aptos para la monitorización directa y el control de los procesos de lavado que permiten garantizar la calidad del aclarado y la ausencia de restos de detergentes en los materiales lavados, optimizar el proceso de lavado y ayudar a ahorrar energía y agua abaratando los costes de estos procesos.
ESTADO DE LA TÉCNICA
Es conocido que para registrar la presencia de detergentes en las máquinas de lavado se pueden utilizar diferentes métodos basados en medidas ópticas o eléctricas.
Entre los métodos ópticos para la determinación de detergentes se han propuesto utilizar la medida de fluorescencia en el líquido de lavado para la determinación de residuos de detergentes (Patente US 2007143934). Sin embargo, este método permite determinar la presencia de los compuestos blanqueadores que están presentes en los detergentes comerciales y no los detergentes mismos. Otro método propuesto (JP2008086634) cuenta con la detección de la adsorción de detergentes sobre la superficie de una capa metálica por la resonancia de plasmones de superficie. El sistema óptico de medida presentado en la patente es demasiado complejo y caro para su uso en máquinas de lavado.
Actualmente para el control de la cantidad de detergente en las máquinas de lavado se usan diferentes sensores y sistemas basados en la medida de la conductividad del agua de lavado con detergente. Por ejemplo, la patente TW510934 presenta el dispositivo y método para la detección de residuos de detergente en una máquina de lavado en el que un sensor de calidad del agua detecta la conductividad del agua, donde la conductividad es proporcional al detergente en el agua.
Para determinar la concentración de detergente, por lo general (TW510934, JP60144653, JP8285804, JP4187183), se usa un sensor de conductividad que consta de dos electrodos metálicos. Cuando desde el exterior se aplica un voltaje entre los dos electrodos, se genera una corriente eléctrica que corresponde a la conductividad del líquido de limpieza, que depende de la concentración de detergente. Así, por el valor de la corriente, que también puede ser convertido a impedancia (JP4187183), se pretende medir la concentración de detergente.
La conductividad puede depender de las impurezas presentes en agua, por eso también se propone (US4956887) controlar adicionalmente otra propiedad de solución como el pH para la determinación de la concentración de detergente de forma más precisa.
Las desventajas de los métodos basados en la medida de la conductividad se derivan de que la conductividad del agua de lavado dependerá de la concentración de detergente en los casos donde la concentración del último sea alta. En los ciclos de aclarado, cuando la concentración del detergente disminuye, la conductividad de la solución dependerá de la conductividad de la propia agua y no de los residuos de detergentes presentes. Por eso, estos métodos son útiles para la dosificación del detergente, pero no para el control de sus residuos.
Otra aproximación a las medidas de detergentes en una solución es el uso de una "lengua electrónica" formada por una matriz de sensores amperométricos con el tratamiento de datos basado en reconocimiento de patrones (Determination of detergents in washing machine wastewater with a voltammetric electronic tongue. J. Olsson, P. Ivarsson, F.Winquist, Talanta, 76 (2008) 91-95). Sin embargo, como reconocen los autores, la sensibilidad del método no supera a la del sensor conductimétrico.
Otro método propuesto (US 2005017728) para determinar la concentración de detergentes en soluciones de descontaminación se basa en la dependencia de la constante dieléctrica de la solución con la concentración de detergente. En este caso se mide la capacidad de un condensador plano o circular formado por dos electrodos de metal cubiertos con una capa aislante que previene el contacto directo entre la solución y los electrodos metálicos. La presencia de un detergente puede aumentar o disminuir la constante dieléctrica del agua, dependiendo de la composición del detergente. En este sentido, un detergente altamente iónico aumenta la constante dieléctrica del agua, mientras que un detergente orgánico altamente no polar disminuirá la constante dieléctrica del agua.
Las desventajas del método presente son: poca sensibilidad de la constante dieléctrica a la concentración del detergente; en detergentes comerciales se encuentran tanto detergentes iónicos como no iónicos que cambian la constante dieléctrica en sentido contrario y que neutraliza el efecto global.
En lugar de medir la conductividad y la constante dieléctrica con un sensor de dos electrodos en paralelo se puede usar un dispositivo con una matriz de electrodos interdigitados midiendo cambios en la impedancia en función de la conductividad eléctrica y/o la constante dieléctrica del liquido en contacto con el sensor. (Measurement of liquid complex dielectric constants using non-contact sensors Jun Wan Kim; Pasupathy, P.; Sheng Zhang; Neikirk, D.P., Sensors, 2009 IEEE Conference, 2009 , p. 2017 - 2020).
Una mejora importante en el diseño de los transductores interdigitados para su uso en biosensores fue el desarrollo de los electrodos conductores separados con barreras aislantes modificadas con biomoléculas recogida en la patente ES2307430. Con este dispositivo biosensor se puede detectar con alta sensibilidad las reacciones bioquímicas que tienen lugar sobre la superficie de las barreras modificadas.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.
Para solventar los problemas anteriores, la presente invención comprende un sensor cuya sensibilidad es muy superior a los sensores del estado de la técnica debido a la presencia de una barrera entre cada par de dígitos comprendidos en el par de electrodos interdigitados, respectivamente. De esta forma se obtiene un sensor tridimensional a diferencia de los sensores planos del estado de la técnica. Por tanto, un objetivo de la presente invención es el de proporcionar un nuevo sensor electroquímico capaz de determinar la presencia o ausencia de detergentes en una muestra tal como una disolución acuosa o líquida.
El sensor de determinación directa de la presencia de detergentes en una muestra de la presente invención en la realización preferida de la invención comprende: i) un sustrato aislado eléctricamente del resto de elementos comprendidos en el sensor;
ii) al menos un primer dígito y un segundo dígito comprendidos en un primer electrodo interdigitado y un segundo electrodo interdigitado, respectivamente, donde dichos primer y segundo electrodos interdigitados y dicho primer y segundo dígito están formados en un material conductor eléctrico, dispuestos sobre el sustrato y separados, cada par de dígitos, por
iii) una barrera de un material aislante situada entre el primer dígito y el segundo dígito;
tal que el sensor está configurado para detectar la presencia de moléculas de detergente mediante el cambio de su impedancia cuando capta la presencia de moléculas de detergente adsorbidas sobre su superficie en la muestra debido al cambio sufrido por un campo eléctrico generado entre el primer y el segundo dígito y que sobrepasa dicha barrera.
En otra realización de la invención que comprende la realización preferida, el primer electrodo interdigitado y el segundo electrodo interdigitado así como el primer dígito y el segundo dígito están formados en un mismo material altamente conductor eléctrico y químicamente inerte.
En otra realización de la invención para cualquiera de las realizaciones anteriores, el sustrato es de tipo dieléctrico.
En otra realización de la invención que comprende las dos primeras realizaciones y a diferencia de la realización anterior, el sustrato es de tipo conductor cubierto con una capa aislante eléctricamente o dieléctrica, de tal manera que siempre queda el sustrato aislado eléctricamente del resto de componentes comprendidos en el sensor. Para la presente realización, el sustrato es de un material dieléctrico seleccionado entre un polímero, un vidrio y un óxido inorgánico. Por otro lado, la capa aislante eléctricamente o dieléctrica es de un material seleccionado entre un dieléctrico inorgánico y un polímero.
En otra realización de la invención para cualquiera de las realizaciones anteriores, el primer electrodo interdigitado y el segundo electrodo interdigitado y el primer dígito y el segundo dígito están fabricados en metal. El metal, a su vez, está seleccionado entre Pt, Pd, Au, óxidos, Si, silicio policristalino, siliciuro de tántalo y polímeros conductores. En otra realización de la invención para cualquiera de las realizaciones anteriores, el primer dígito y el segundo dígito comprenden una anchura y una separación entre ellos dentro de un intervalo comprendido entre 0.5 a 10.0 μιτι, ambos inclusive.
En otra realización de la invención para cualquiera de las realizaciones anteriores, la barrera de material aislante es de un material seleccionado entre óxidos inorgánicos, polímeros y materiales sensibles a la exposición con luz UV.
En otra realización de la invención para cualquiera de las realizaciones anteriores, la barrera tiene una altura comprendida entre el 50% y el 150% de la distancia que separa los centros del primer dígito y el segundo dígito.
En otra realización de la invención para cualquiera de las realizaciones anteriores excepto de para la realización anterior, la barrera tiene una altura igual a la distancia que separa los centros del primer y segundo dígito.
En otra realización de la invención para cualquiera de las realizaciones anteriores, el material de la barrera aislante comprende unas propiedades físico- químicas que facilitan la adsorción de las moléculas de detergentes.
En otra realización de la invención para cualquiera de las realizaciones anteriores, los electrodos interdigitados están organizados según una matriz interdigitada.
En otra realización de la invención para cualquiera de las realizaciones anteriores, un dispositivo de detección de las propiedades eléctricas es conectado a los electrodos interdigitados mediante unos puntos de soldadura, a los que aplica un voltaje AC, y que mide la variación en el campo eléctrico próximo a la superficie de la barrera. En un caso particular de esta realización, el dispositivo de detección es un impedímetro que mide la impedancia entre los electrodos interdigitados del sensor.
Finalmente, el sensor de la presente invención para cualquiera de la formas de realización anterior, se puede utilizar en un procedimiento de determinación de la presencia de detergentes que se encuentran en una solución muestra. También se puede utilizar en un procedimiento de determinación de la presencia de detergentes en equipos de lavado. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva del sensor impedimétrico de la presente invención.
Figura 2A.- Muestra una vista en planta del sensor impedimétrico de la presente invención.
Figura 2B - Muestra una vista en alzado a lo largo de la línea de corte A-A' mostrada en la figura 2A del sensor impedimétrico de la presente invención.
Figura 2C- Muestra una vista en alzado de un corte del sensor impedimétrico de la presente invención donde se muestran las líneas de campo entre dígitos y que superan la barrera.
Figura 2D.- Muestra una vista en alzado de un corte del sensor impedimétrico de la presente invención donde se muestran las líneas de campo entre dígitos y que superan la barrera, donde además, las partículas de detergente están adheridas a la barrera.
Figura 3.- Muestra el circuito eléctrico equivalente de un sensor del estado de la técnica.
Figura 4 - Muestra el circuito eléctrico equivalente del sensor de la presente invecnión.
Figura 5.- Muestra los espectros de impedancia medidos en las soluciones con diferente concentración de detergente. En el inserte se muestra la parte de los espectros correspondiente a las frecuencias bajas.
Figura 6 - Muestra los espectros de impedancia de la Figura 5 presentados como cambios en la resistencia en serie con una capacidad en función de la frecuencia de medida para diferentes soluciones muestra.
Figura 7.- Muestra los valores de R en serie con una capacidad determinados a una frecuencia fija de 100 Hz del sensor en función de la concentración del detergente en las soluciones muestra.
Figura 8A.- Muestra la respuesta del sensor de la invención, medida como el valor de R en serie con una capacidad a frecuencia fija de 100 Hz, en la presencia de diferentes detergentes comerciales: detergentes para lavadoras de las marcas Ariel (no. 1) y Johnson & Johnson (no.2)
Figura 8B.- Muestra la respuesta del sensor de la invención, medida como el valor de R en serie con una capacidad a frecuencia fija de 100 Hz, en la presencia de diferentes detergentes: detergente Auchan para lavavajillas y detergente industrial para las tuberías.
DESCRIPCIÓN DE UNO O MÁS EJEMPLOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
Seguidamente se realiza una descripción de una o varias realizaciones de la invención, haciendo referencia a los símbolos empleados en las figuras.
El principio de funcionamiento del sensor 10 de la presente invención se basa en la interferencia que se produce entre un campo eléctrico 8 generado entre dos electrodos 2A, 3 A (=conjunto formado por los dígitos y los electrodos interdigitados) y las moléculas de detergentes 9 que pueden adsorberse debido a la interacción de estas moléculas en una muestra de solución con la superficie del sensor, y en el que los electrodos altamente conductivos están separados por una barrera 4 de un material aislante, que aumenta significativamente la sensibilidad del sensor de la presente invención a la presencia de los detergentes en solución acuosa en comparación con los sensores del estado de la técnica con la geometría plana, es decir, sin barreras.
La adsorción de las moléculas de detergentes que tienen lugar en la superficie de las barreras 4 del sensor 10 afecta a la distribución de cargas iónicas en la superficie de dichas barreras aumentando la conductividad iónica superficial y, por tanto, afectando a las propiedades eléctricas de las capas próximas a la superficie de la barrera. A los electrodos se les aplica un voltaje AC, a través de un dispositivo (no mostrado) de detección al que están conectados, percibiendo los cambios de impedancia que se produzcan entre ellos. Como aclaración sobre los términos utilizados en el sector de la técnica en el que se enclava la presente invención, se conoce como dígitos a los elementos 2A, 3A mostrados en la figura 2A que se conectan a electrodos interdigitados 2,3 formando una configuración en forma de "peines"( electrodos interdigitados) entrelazados cuyas "púas" (dígitos) no llegan a tocarse. Al conjunto formado por los dígitos y sus respectivos electrodos interdigitados se les denomina "electrodos" en la presente invención.
En el caso de sensores impedimétricos tradicionales con los electrodos en plano o en paralelo su impedancia en los soluciones se puede presentar como un circuito eléctrico equivalente presentado en la figura 3. El significado físico de los elementos que forman el circuito equivalente es el siguiente: Re - resistencia de contacto de los hilos de conexión, contactos y los propios electrodos; CG - capacidad geométrica establecida entre dos electrodos y el medio en contacto (típicamente una solución acuosa); Rs - resistencia eléctrica de la solución acuosa entre dos electrodos; CDL - capacidad de doble capa en la interfase electrodo/solución. Así, los sensores tradicionales sólo pueden ser usados para determinar la presencia de detergentes sólo si la concentración de los detergentes en la solución afecta a la conductividad (resistividad) propia del líquido donde se encuentra el detergente.. Si la propia conductividad de agua usada en el proceso de lavado es alta, la presencia de residuos de detergentes no afectará a este parámetro.
En el caso del sensor de la presente invención mostrado en la figura 4, debido a la presencia de la barrera aislante 4, la mayor parte de la corriente que fluye entre los electrodos o dígitos 2A, 3A pasa por una fina capa muy próxima a la superficie de la barrera 4, lo que permite aumentar la sensibilidad a los cambios de la impedancia derivados de los procesos de adsorción de detergentes.
Más concretamente, si se aplica una señal eléctrica, bien sea una diferencia de voltaje o una corriente, en los puntos de soldadura 6-7 del sensor de la invención (figura 2A) aparece un campo eléctrico que da lugar a una serie de líneas de campo 8 Figura 2C). Si las moléculas de detergentes 9 que se han de detectar se encuentran en la solución de la muestra, entonces se adsorben sobre la superficie de las barreras 4 produciendo un fuerte aumento de la conductividad superficial iónica que provoca la variación en el campo eléctrico próximo a la superficie de las barreras. En este caso el circuito equivalente eléctrico, presentado en la Figura 4, lleva todos los componentes de la Figura 3, más una resistencia (Rsurf) y capacidad (Csurf) asociados con la capa superficial de alta conductividad. La variación en Rsurf puede ser cuantificada midiendo los espectros de impedancia o la impedancia a una frecuencia fija (ver Ejemplos 2 y 3) incluso en las soluciones de alta conductividad propia.
Por lo tanto, un objeto de la presente invención lo constituye un sensor útil para la determinación directa de la presencia de residuos de detergentes en una muestra líquida o en líquidos de lavado, que en el ejemple de realización de la figuras 2 A - 2D comprende:
i) un sustrato 1 aislado eléctricamente del resto de elementos comprendidos en el sensor, ii) al menos un primer dígito 2A y un segundo dígito 3A comprendidos en un primer electrodo interdigitado 2 y un segundo electrodo interdigitado 3, respectivamente, donde dichos primer y segundo electrodos interdigitados 2-3 y dicho primer y segundo dígito 2A-2B están formados en un material conductor eléctrico, dispuestos sobre el sustrato y separados, cada par de dígitos 2A-3 A, por
iii) una barrera 4 de un material aislante 5 situada entre el primer dígito 2A y el segundo dígito 3A, cuya altura es similar a la distancia existente entre los centros del par de electrodos digitados adyacentes, en el que se abren los puntos de soldadura 6-7.
El sustrato 1, denominado capa base, puede ser de distintos tipos de materiales, por ejemplo, una oblea cristalina (cuarzo, silicio, zafiro), un material amorfo (vidrio), un polímero (PMMA, PC, PEEK, PVE, PEI) o una capa gruesa de material cerámico, como AI2O3. En el caso de que el sustrato no sea aislante, se deberá formar sobre la superficie del mismo una capa dieléctrica aislante. Esta capa aislante puede ser una capa polimérica, tal como una poliimida o un BCB (Benzociclobuteno), o un material inorgánico, por ejemplo SÍ3N4 depositado por técnicas de LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) o PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), o una capa de Si02 depositada o crecida térmicamente sobre una oblea de silicio.
En otro ejemplo de realización de la invención, el sensor de la invención comprende un sustrato 1 aislante de un material perteneciente al siguiente grupo: un polímero, un vidrio o un óxido inorgánico.
Los electrodos de ii) están formados por una capa de un material buen conductor eléctrico, depositada sobre la capa dieléctrica por cualquier método de deposición física o química, preferentemente utilizando técnicas de evaporación. La geometría de los electrodos se define mediante técnicas litográficas, seguidas de procesos de grabado directo o por lift-off. La anchura y separación entre cada par de dígitos deben tener tamaños preferiblemente en el rango micrométrico; sin embargo, también pueden estar en el rango sub-micrométrico. Cualquier material que sea un buen conductor eléctrico y no reaccione con la solución puede ser utilizado para formar los electrodos. A título ilustrativo y sin que limite el alcance de la invención, se pueden utilizar: Pt, Pd, Au o materiales como Si, silicio policristalino, siliciuro de tántalo o, incluso, polímeros conductores, siempre y cuando no tengan lugar reacciones que alteren la integridad de los electrodos. El espesor de la capa conductora puede ser muy amplio, pero para la aplicación como sensor se recomienda un espesor de alrededor 150 nm. La deposición de la capa puede conseguirse mediante evaporación térmica, pulverización catódica, cañón de electrones o cualquier técnica conocida que permita la obtención de capas de materiales eléctricamente conductores, y está al alcance de un experto en la materia.
Para obtener una conexión fiable entre el sensor impedimétrico y el circuito de medida externo, por ejemplo un medidor de impedancias, es necesario realizar unos puntos de soldadura (no mostrado), continuando con el proceso de fabricación tal como se comenta a continuación. Sobre la superficie del sensor se deposita una capa metálica cuyo patrón estructural es definido, seguidamente, utilizando máscaras de contraste y procesos fotolitográficos y de grabado convencionales. El metal del punto de soldadura puede ser cualquier metal que garantice una buena soldadura con hilo y una baja resistencia de contacto con el material subyacente, que conforma los electrodos conductores. Este metal, a título de ejemplo, puede ser aluminio.
Las barreras dieléctricas entre cada par de electrodos adyacentes de la estructura interdigitada se crean mediante deposición de una capa de material aislante (no mostrado) que se elimina de encima de los dígitos metálicos y de los puntos de soldadura mediante el uso de procesos de fotolitografía de UV y grabado, principalmente grabado iónico reactivo profundo (Deep Reactive Ion Etching, DRIE). El espesor de la capa aislante, que define la altura de la barrera que separa dos dígitos adyacentes, se supone igual al 100% de la distancia que separa los centros de dicho par de dígitos contiguos. Asimismo, son posibles barreras con alturas que varían entre el 50% y el 150% de la distancia intercentros de dos dígitos consecutivos, o con espesores por encima o por debajo de este rango. Salvo en las barras colectoras 4, en la Figura 2A, donde es imprescindible evitar el contacto de las mismas con la solución a analizar; dentro del alcance de esta invención, no es crítico el mantener la capa aislante en otras partes de la superficie del sensor. El material dieléctrico utilizado para la formación de las barreras puede ser cualquier tipo de material aislante con las propiedades físico-químicas que faciliten la adsorción de las moléculas tensoactivas de detergentes, aunque por razones tecnológicas sea preferible utilizar como tal el dióxido de silicio obtenido por LPCVD, ya que puede ser eliminado fácilmente. No es tampoco crítica la forma de las barreras obtenidas tras el proceso de grabado, pudiendo ser éstas rectangulares, con paredes inclinadas o verticales, y planas o redondeadas en la parte superior.
Además, del método previamente descrito y de acuerdo al estado de la técnica, otros métodos pueden ser utilizados dentro del alcance de la presente invención para obtener las barreras que separan los diferentes electrodos por un experto en la materia. Así, se podrían utilizar materiales sensibles a la exposición con luz UV para definir las barreras; también se pueden utilizar técnicas de micromoldeado, como MicroMoldeado en capilares, Moldeado por Réplica, MicroMoldeado asistido por solventes, etc.
Por otro lado, la altura de la barrera aislante 4 mostrada en cualquiera de las figuras 2B a 2D es igual a la distancia que separa los centros de un par de dígitos consecutivos. Para otros ejemplos de realización la altura de la barrera que separa dos dígitos adyacentes supone entre el 50% y el 150% de la distancia que separa los centros de un par de dígitos consecutivos.
El proceso tecnológico descrito permite, mediante el uso de la tecnología microelectrónica convencional, una elevada miniaturización de los sensores y, también, la construcción de matrices de estos sensores integrados sobre un mismo sustrato. Las matrices de sensores integrados fabricadas siguiendo la metodología descrita, permiten obtener dispositivos para medidas diferenciales, por ejemplo comparando la respuesta de los sensores en líquidos con diferente concentración de detergentes. Estos dispositivos se pueden integrar con otros sensores, por ejemplo de temperatura, y son capaces de realizar la detección simultánea de multitud de parámetros, esto es análisis multi-paramétrico.
La variación del campo eléctrico que tiene lugar entre los dígitos del sensor al producirse la adsorción de moléculas de detergentes sobre la superficie de barreras puede ser cuantificada midiendo la impedancia a una frecuencia y/o una polarización DC adecuadas. El análisis de impedancia es la medida eléctrica preferida, ya que este análisis puede devenir en la medida de la resistencia, capacidad, pérdida dieléctrica y/o reactancia, sobre un rango de frecuencias, incluyendo o no la polarización DC, o una combinación de ambas técnicas. En el ejemplo de realización mostrado en cualquiera de las figuras 1 a 2A-2D, la detección se lleva a cabo mediante un impedímetro que mide la impedancia entre los electrodos del sensor. Ejemplo 1.- Fabricación del sensor impedimétrico de la invención.
El material de partida para esta realización particular de la invención fue una oblea de silicio. Dado que sólo va a utilizarse como sustrato, no importan ni el tipo, ni la dosis del dopaje, ni el valor de conductividad, ni la orientación cristalina. La oblea de silicio fue oxidada térmicamente, a 950°C en un proceso de oxidación húmeda, formándose una capa de 2000 nm de dióxido de silicio de buena calidad dieléctrica. El siguiente paso consistió en depositar una capa de siliciuro de tántalo, altamente conductora, de 230 nm de espesor mediante pulverización catódica por magnetrón.
El primer nivel fotolitográfico definió las barras colectoras y los dígitos de los dos electrodos. La definición de los motivos se realizó con la técnica de grabado iónico reactivo. Como resultado se obtuvo una matriz de 216 dígitos, cada uno con 3.0 μηι de anchura y otros 3.0 μιη de distancia entre dígitos adyacentes. La apertura entre los electrodos fue de 1.4 mm, y su longitud total fue de 301.0 mm para cada electrodo. Los puntos de soldadura se formaron depositando una capa de 1.0 μιη de aluminio, y se dispusieron, mediante el uso de técnicas convencionales de fotolitografía y grabado, en los extremos de las barras colectoras.
El último paso fue la obtención de las barreras aislantes. Para ello, se recubrió la superficie de la oblea con una capa de, en este caso, 4.0 μιη de óxido de silicio depositado por LPCVD. De nuevo se utilizó la fotolitografía y el grabado para generar el patrón que permitió dejar el material entre los dígitos y recubrir las barras colectoras, excepto en los puntos de soldadura. La eliminación de esta capa se realizó con la técnica de grabado iónico reactivo profundo (DRIE), que proporciona barreras con paredes casi verticales. La altura de la barrera fue en este caso particular casi un 67% de la distancia entre dos dígitos adyacentes.
Una vez la oblea estaba cortada, los dispositivos individuales se pegaron a un sustrato de PCB y se soldaron los hilos para el conexionado eléctrico con un impedímetro.
Ejemplo 2. Simulación de la respuesta del sensor de la invención a los cambios de conductividad superficial. Medidas de los espectros de impedancia con el sensor de la invención en soluciones con detergente. Se preparan cinco soluciones con diferente concentración del detergente para lavadoras (marca blanca) diluyendo con agua de grifo la solución inicial que contiene un 1%.
La Tabla 1 presenta las concentraciones y la conductividad de las soluciones usadas en el experimento. Como se puede ver, la conductividad de las soluciones con poca cantidad de detergente viene determinada por la conductividad propia del agua del grifo.
Figure imgf000015_0001
Tabla 1. Concentraciones y conductividad de las soluciones de detergente utilizadas para la medida de los espectros de impedancia.
Se ponen las soluciones en unos botes de 25 mi donde se introduce el sensor conectado a un equipo analizador de impedancias. En cada una de las soluciones, empezando por el agua de grifo, se miden los espectros de impedancia registrando los valores de impedancia real (Ζ') e impedancia imaginaria (Z") en un rango de frecuencias entre 100 Hz y 1 MHz con una señal de voltaje aplicada desde el analizador al sensor que no sobrepase 25 mV en su magnitud. Después de la medida en cada solución se lava el sensor con agua de grifo y se seca con un flujo de aire comprimido.
En la Figura 5 se presentan los espectros de impedancia medidos en las soluciones con diferente concentración de detergente. En el inserte se muestra la parte de los espectros correspondiente a las frecuencias bajas. Como se puede ver, en la parte de los espectros en la zona de frecuencias altas, que mayormente depende de la conductividad propia de las muestras, no hay cambios significativos, porque la conductividad de las soluciones analizadas está determinada por la conductividad del agua del grifo y no depende de la presencia de los residuos del detergente. Sin embargo, en la zona de frecuencias bajas los espectros cambian mucho en función de la presencia del detergente en las soluciones muestra.
Los espectros en la figura 5 se ajustan bien con el circuito eléctrico equivalente presentado en la figura 4. El significado físico de los elementos que forman el circuito equivalente es el siguiente: Re - resistencia de contacto de los hilos de conexión, contactos y barras colectoras del sensor; CG - capacidad geométrica establecida entre los dos electrodos y el medio en contacto (una solución acuosa); Rs - resistencia eléctrica del volumen de la solución acuosa entre los dos electrodos; CDL - capacidad de doble capa en la interfase electrodo/solución; RSURF - resistencia de la capa acuosa superficial enriquecida en las moléculas de detergente adsorbidas sobre las barreras aislantes del sensor que separan los electrodos; CSURF - capacidad entre la capa acuosa superficial y el volumen de la solución.
La impedancia de este circuito equivalente a frecuencias altas está determinada por la resistencia eléctrica de la solución, Rs, en paralelo con la capacidad geométrica del sensor. A frecuencias bajas la impedancia depende más de los componentes RSURF y CSURF conectados en serie.
La Figura 6 muestra los espectros de impedancia de la Figura 5 presentados como cambios en la resistencia en serie con una capacidad en función de la frecuencia de medida para diferentes soluciones muestra. De ello se concluye que el control de los parámetros del sensor en función de la concentración de los detergentes se puede realizar midiendo los valores de R en serie con una capacidad a una frecuencia fija, por ejemplo 100 Hz. Los valores correspondientes en función de la concentración de detergente se presentan en la Figura 7.
Ejemplo 3. Uso del sensor de la invención
En los experimentos se usaron detergentes de las siguientes marcas comerciales:
"Ariel": detergente líquido para lavadoras.
"Johnson& Johnson": detergente líquido para la ropa de niños.
"Auchan": detergente en polvo para lavavajillas.
Detergente industrial para la limpieza de tuberías. Se preparan las soluciones patrones de detergentes a base de agua del grifo. Estas soluciones se añaden en volúmenes conocidos utilizando una micropipeta a 10 mi de agua de grifo cambiando la concentración del detergente en el rango de 0,001 - 0, 1 g/1. Después de cada cambio de concentración se mide el valor de la resistencia en serie con una capacidad a frecuencia de 100 Hz utilizando un analizador de impedancias.
Figure imgf000017_0001
Tabla 2. La conductividad de las soluciones de detergentes utilizados para
caracterización de los sensores.
Los resultados experimentales se presentan en la figura 8 A y 8B. La respuesta en el rango de concentraciones estudiado es casi lineal con una pendiente de -25 ~ -30 kQ por g/1 de detergente, que equivale a -25 ~ -30 Ω/ppm. El límite de detección es de 3-5 ppm de detergente.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Sensor de determinación directa de la presencia de detergentes en una muestra caracterizado porque comprende:
i) un sustrato (1) aislado eléctricamente del resto de elementos comprendidos en el sensor;
ii) al menos un primer dígito (2A) y un segundo dígito (3 A) comprendidos en un primer electrodo interdigitado (2) y un segundo electrodo interdigitado (3), respectivamente, donde dichos primer y segundo electrodos interdigitados (2,3) y dicho primer y segundo dígito (2A, 2B) están formados en un material conductor eléctrico, dispuestos sobre el sustrato y separados, cada par de dígitos (2A, 3 A), por iii) una barrera (4) de un material aislante situada entre el primer dígito (2A) y el segundo dígito (3 A);
tal que el sensor está configurado para detectar la presencia de moléculas de detergente mediante el cambio de su impedancia cuando capta la presencia de moléculas de detergente adsorbidas sobre su superficie en una muestra debido al cambio sufrido por un campo eléctrico generado entre el primer (2A) y el segundo dígito (3A) y que sobrepasa dicha barrera (4).
2. - Sensor según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos primer y segundo electrodos interdigitados (2,3) y dichos primer y segundo dígito (2A, 2B) están formados en un mismo material altamente conductor eléctrico y químicamente inerte.
3. - Sensor según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el sustrato es de tipo dieléctrico.
4. - Sensor según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el sustrato es de tipo conductor cubierto con una capa aislante eléctricamente o dieléctrica.
5. - Sensor según la reivindicación 3, caracterizado porque el sustrato (1) es de un material dieléctrico seleccionado entre un polímero, un vidrio y un óxido inorgánico.
6.- Sensor según la reivindicación 4, caracterizado porque la capa aislante eléctricamente o dieléctrica es de un material seleccionado entre un dieléctrico inorgánico y un polímero.
7.- Sensor según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque dichos primer y segundo electrodos interdigitados (2,3) y dichos primer y segundo dígito (2A, 2B) están fabricados en metal.
8.- Sensor según la reivindicación 7, caracterizado porque el metal para fabricar los electrodos interdigitados y los dígitos está seleccionado entre Pt, Pd, Au, óxidos, Si, silicio policristalino, siliciuro de tántalo y polímeros conductores.
9 - Sensor según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque dichos primer y segundo dígito comprenden una anchura y una separación entre ellos dentro de un intervalo comprendido entre 0.5 a 10.0 μιτι, ambos inclusive.
10. - Sensor según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la barrera (4) de material aislante es de un material seleccionado entre óxidos inorgánicos, polímeros y materiales sensibles a la exposición con luz UV.
1 1. - Sensor según la reivindicación 1 caracterizado porque la barrera (4) tiene una altura comprendida entre el 50% y el 150% de la distancia que separa los centros del primer y segundo dígito.
12.- Sensor según la reivindicación 1, caracterizado porque la barrera (4) tiene una altura igual a la distancia que separa los centros del primer y segundo dígito.
13. - Sensor según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material de la barrera aislante comprende unas propiedades físico-químicas que facilitan la adsorción de las moléculas de detergentes.
14. - Sensor según la reivindicación 1 caracterizado porque los electrodos interdigitados (2,3) están organizados según una matriz interdigitada.
15. - Sensor según la reivindicación 1 caracterizado porque un dispositivo de detección de las propiedades eléctricas es conectado a los electrodos interdigitados (2,3) mediante unos puntos de soldadura (6,7), a los que aplica un voltaje AC, y que mide la variación en el campo eléctrico próximo a la superficie de la barrera (4).
16. - Sensor según la reivindicación 15 caracterizado porque el dispositivo de detección es un impedímetro que mide la impedancia entre los electrodos interdigitados del sensor.
17. - Uso del sensor según las reivindicaciones 1 a la 16 en un procedimiento de determinación de la presencia de detergentes que se encuentran en una solución muestra.
18.- Uso del sensor según las reivindicaciones 1 a la 16 en un procedimiento de determinación de la presencia de detergentes en equipos de lavado.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2307430A1 (es) * 2007-05-09 2008-11-16 Consejo Superior De Investigaciones Cientificas Biosensor y sus aplicaciones.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015161353A1 (pt) * 2014-04-24 2015-10-29 Centro Nacional De Pesquisa Em Energia E Materiais - Cnpem Dispositivo sensor para determinação da concentração de analitos em fase líquida, preferencialmente álcool e/ou água, e método de construção do dispositivo sensor

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