A teledetection system based on surface plasmon resonance sensors for environmental pollutants

I sensori basati sulla plasmonica di superficie (SPR) sono rifrattometri, basati sulla fisica dei film sottili, che misurano le variazioni di indice di rifrazione che avvengono sulla superficie di uno strato metallico supportante un plasmone di superficie (Homola , 2008). L’ attività di ricerca si è sviluppata come uno studio ed implementazione di sensori SPR innovativi e delle loro possibili applicazioni, in particolare per la rilevazione di sostanze inquinanti. Sono stati simulati in ambiente Matlab sensori SPR innovativi, comprendenti materiali peculiari. Tali sensori comprendono in particolare metalli mostranti una Risonanza Plasmonica Invertita (ISPR), oltre che un singolo strato di Graphene (SGL). Un articolo è stato sottomesso su tali studi. Sono stati inoltre implementati in laboratorio vari prototipi di sensori basati sulla plasmonica di superficie. Innanzi tutto sono state effettuate delle misure di riflettività con i gas elio e pentano mediante un sensore basato sulla plasmonica di superficie e con un setup dinamico, quindi è stato creato un nuovo sensore utilizzante un un sistema ottico di tipo statico ed un prisma cilindrico ad alto indice di rifrazione, migliorando il più possibile la qualità del fascio ottico e filtrandolo opportunamente. Altresì è stato innovativamente utilizzato nel setup ottico uno specchio deformabile, in grado di correggere le aberrazioni ottiche presenti nello stesso. Oltre a ciò sono stati individuati i possibili elementi di una rete wireless di sensori SPR progettata per il monitoraggio ambientale, i dati ottenibili da un sensore SPR, una strategia per la diffusione dei dati ed una stima dei consumi energetici. Infine sono stati implementati in laboratorio due diversi setup di prova per una piccola rete wireless di sensori, formata da due sensori SPR controllati da un computer o da un microcontrollore, antenne ZigBee e da un computer principale per la ricezione, analisi e diffusione in Internet dei dati. L’ attività di ricerca presentata in questa tesi ha quindi dimostrato la possibilità della creazione di una rete wireless di sensori basati sulla Plasmonica di Superficie e con accesso Internet a banda larga, finalizzata alla rilevazione di sostanze inquinanti in ambiente acquoso, e due piccole versioni di prova della stessa sono state implementate in laboratorio.