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Venerdì, 21 Novembre 2014 11:32

Un nuovo fotometro solare sul lago di Garda

dsc 0174Inaugurato lo scorso 22 ottobre l’avvio del fotometro della rete ‘AERONET’, posizionato presso l'Area archeologica delle Grotte di Catullo, a Sirmione, sul lago di Garda. La giornata è stata anche occasione per ricordare la figura di Eugenio Zilioli,  uno dei primi fondatori dell'IREA del CNR, nonché primo Responsabile della sezione di Milano. Ad Eugenio, prematuramente scomparso 10 anni fa, è dedicata la Stazione Sperimentale dell'IREA di Sirmione.

Il fotometro solare Cimel è uno strumento che serve a misurare i valori dello spessore ottico dell’aerosol presente nell’atmosfera, e che quindi può essere un interessante dispositivo per valutare alcune caratteristiche delle particelle sospese in atmosfera, come la quantità, l’origine, se si tratta cioè di polvere desertica, aerosol marino, prodotti della combustione, ecc. Le misure si ripetono ogni 15 minuti durante l’arco della giornata, in otto diverse lunghezze d’onda.

I dati raccolti vengono automaticamente inviati alla rete AERONET, la rete internazionale fondata da NASA e PHOTONS che raccoglie i dati provenienti da analoghi sensori collocati in tutto il mondo (ad oggi oltre 400 attivi).

“Il fotometro di Sirmione è stato posizionato in un punto strategico sulla punta nord della penisola di Sirmione”, afferma Claudia Giardino, ricercatrice Irea-Cnr e Principal investigator del sito della rete. “In questo modo permetterà di raccogliere dati da un orizzonte visivo abbastanza ampio. Il suo contributo al monitoraggio dell’atmosfera si andrà ad assommare a quello prezioso di altri analoghi fotometri già da tempo posizionati in Pianura Padana, a Venezia, Modena e ad Ispra”.

Le misurazioni a terra del fotometro Cimel potranno, inoltre, essere assai utili per l’utilizzo dei dati derivati dalle misure satellitari riguardanti l’area, permettendo di ‘correggere’ le immagini riprese dal satellite, ‘disturbate’ proprio a causa dell’atmosfera e delle polveri in essa presenti. Il fotometro, in sintesi, permetterà di ‘leggere’ e interpretare meglio le immagini satellitari dell’area Gardesana con una migliore valutazione dei parametri ecologici di questi ambienti.

La stazione AERONET va a supportare le attività di ricerca che fanno capo alla vicina Stazione Sperimentale del CNR “Eugenio Zilioli” di Sirmione, presso Punta Staffalo. Inaugurata nel 2000, la Stazione è una sede distaccata dell’Irea-Cnr e porta il nome del primo direttore dell’Istituto, prematuramente scomparso nel 2004. In collaborazione con il Comune di Sirmione, presso la Stazione vengono condotte sia attività scientifiche legate allo studio della qualità delle acque del Garda, sia attività di divulgazione ed educazione ambientale; dal 2011 la Stazione e fa parte della Rete Italiana ed Europea per le Ricerche Ecologiche di Lungo Termine (LTER).

L’acquisto e il posizionamento della strumentazione sono stati possibili grazie ai finanziamenti della Regione Lombardia nell’ambito del Progetto SINOPIAE ('Sistema prototipale multi-sorgente Integrante tecniche di Osservazione multisPettrale da satellite, aeromobile e a terra per il monitoraggio multi-scala della variazione di Indicatori ambientali legata ai costituenti Atmosferici e dispersione Energetica'), e alla collaborazione con la Soprintendenza per i beni archeologici della Lombardia, che ha concesso l’installazione sul tetto del Museo di Sirmione  presente nell’area archeologica.

Leggi la notizia sul sito del CNR: http://www.cnr.it/cnr/news/CnrNews?IDn=3106

 


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Lunedì, 24 Luglio 2017 14:57

Conferenza Europt(r)ode XIV

EuroptrodeL’IREA, in collaborazione con l’Istituto di Fisica Applicata Nello Carrara (IFAC-CNR) e la Società Italiana di Ottica e Fotonica (SIOF), sta organizzando a Napoli la XIV edizione di Europt(r)ode, una delle più importanti conferenze a livello mondiale nel campo dei sensori ottici per applicazioni chimiche e biologiche.

E’ aperta la sottomissione dei contributi. Per maggiori informazioni vai al sito di Europtrode XIV

 


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Progettazione e simulazione sono due aspetti fondamentali nello sviluppo di nuovi dispositivi e sensori.

Con particolare riferimento alla sensoristica ottica i ricercatori dell’IREA vantano una pluriennale esperienza nella messa a punto di metodologie consolidate per la progettazione di nuovi dispositivi integrati che combinino sia proprietà ottiche, per l’analisi dei liquidi, sia proprietà microfluidiche per il controllo del liquido da analizzare. In particolare sono state progettate guide ottiche integrate capaci di confinare simultaneamente in uno stesso microcanale sia il liquido da analizzare che la luce utilizzata per analizzarlo. Questi dispositivi sono stati progettati e simulati mediate l’uso sia di codici appositamente sviluppati presso l’IREA sia attraverso software commerciali.

Sono stati sviluppati altresì modelli per la descrizione e l’analisi dello scattering stimolato di Brillouin in fibra ottica. Tali modelli consento di simulare in maniera rapida ed accurata lo scattering stimolato di Brillouin in una fibra ottica mononomodale tenendo in conto anche dei fenomeni non lineari. Questi modelli sono stati successivamente utilizzati per la messa a punto di algoritmi per l’elaborazione dei dati di sensori distribuiti in fibra ottica basati sullo scattering di Brillouin che consentono di aumentare sia l’accuratezza che la risoluzione.

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Giovedì, 20 Febbraio 2014 17:39

Guide ARROW ibride (h-ARROW)

h-ARROWLe guide ARROW sono generalmente fabbricate utilizzando processi diffusi nella tecnologia in silicio, quali wafer-bonding o etching sacrificale. Utilizzando questi processi sono state fabbricate guide ARROW con buone prestazioni ottiche. Nel caso in cui il processo coinvolga un bonding tra due substrati di silicio, il core è realizzato in uno dei substrati mediante dry etching, seguito poi dalla deposizione chimica (o per strati atomici) degli strati di cladding. Va sottolineato che in questi casi l’integrazione della componente microfluidica prevede un etching molto profondo nei substrati di silicio, processo spesso molto lungo e dispendioso. Per queste ragioni negli ultimi anni stanno diventando sempre piu diffusi approcci innovativi per la realizzazione di dispositivi optofluidici, basati sull’utilizzo di materiali e tecnologie ibride. In particolare, l’utilizzo di materiali polimerici quali PMMA o PDMS per fabbricare la parte microfluidica, unitamente al silicio per fabbricare i componenti fotonici, offre notevoli vantaggi in termini di costo e di rapidità di realizzazione.  I dispositivi polimerici possono essere fabbricati impiegando tecniche di fabbricazione a basso costo quali la litografia “soffice” e la microfresatura.

In questo scenario, i ricercatori dell’IREA hanno recentemente dimostrato la possibilità di realizzare delle guide d’onda ibride di tipo ARROW (h-ARROW), ottenute sostituendo al substrato superiore in silicio un sottile strato di PDMS (figura). Dopo un’accurata progettazione, queste guide sono state fabbricate e caratterizzate otticamente, dimostrando la possibilità di ottenere un’attenuazione sul modo fondamentale di 6.9cm-1 alla lunghezza d’onda di 635nm. Questo risultato dimostra la fattibilità di guide d’onda ARROW ibride con attenuazione comparabile a quella delle guide ARROW convenzionali (realizzate completamente in silicio). Le guide h-ARROW sono state utilizzate per la realizzazione di una piattaforma optofluidica ibrida silicio-PDMS per applicazioni sensoristiche. Il vantaggio offerto dall’utilizzo di un approccio ibrido è stato dimostrato integrando nella parte polimerica un sistema microfluidico utile alla manipolazione del fluido sotto analisi.

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Giovedì, 01 Gennaio 2015 15:35

Sensori ottici ed optofluidici integrati

SensOpto

I sensori optofluidici rappresentano una recente innovazione nel campo della sensoristica che unendo le caratteristiche uniche dei liquidi a quelle della microfluidica permette la realizzazione di dispositivi innovativi. In tale ambito ricadono ad esempio i sensori basati su guide liquide a getto recentemente realizzati all’IREA. Inoltre, i sensori optofluidici si prestano agevolmente ad una integrazione con altri dispositivi elettronici.

La realizzazione di sensori ottici integrati con circuiti microelettronici deputati all’elaborazione del segnale ed incorporati all’interno di micro-analizzatori offre notevoli vantaggi in termini di peso, dimensioni e costo. Essi possono essere, infatti, realizzati con costi notevolmente inferiori rispetto alle strumentazioni convenzionali, hanno un elevata portabilità, ed inoltre consentono di eseguire numerose analisi con una ridottissima quantità di sostanza con ulteriore riduzione dei costi in termini di reagenti e manutenzione.

L’attività di ricerca svolta è indirizzata allo sviluppo di dispositivi optofluidici, in cui i sistemi ottici vengono sintetizzati mediante l’uso di fluidi. Ciò consente in principio una completa integrazione tra componente ottica e componente microfluidica, che si traduce in una maggiore compattezza e stabilità del dispositivo e, grazie al confinamento della luce e del fluido nella stessa regione del dispositivo, alla realizzazione di sensori ad elevata efficienza. Tali dispositivi optofluidici sono stati realizzati utilizzando diversi materiali e tecnologie di fabbricazione. In particolare, sono stati sviluppati micro-dispositivi optofluidici in polimero e micro-dispositivi ibridi, questi ultimi ottenuti attraverso l’integrazione di componenti in silicio e materiali polimerici. I dispositivi optofluidici realizzati con materiali polimerici (quali ad esempio PMMA e PDMS) sono stati fabbricati impiegando tecniche di fabbricazione quali la litografia “soffice” e la microfresatura.

In questo contesto i ricercatori dell’IREA hanno sviluppato un approccio alternativo che consiste nell’utilizzare un diverso tipo di guide integrate, chiamate guide ottiche a riflessione antirisonante (ARROW), il cui principale vantaggio risiede nella possibilità di realizzare guide con indice di rifrazione del core più basso dei cladding circostanti.

Guide ARROW ibride (h-ARROW), fabbricate sostituendo allo strato antirisonante un sottile layer di PDMS, sono state progettate e caratterizzate e applicate con successo come elemento base per la realizzazione di piattaforme optofluidiche di tipo lab-on-a-chip per applicazioni biomedicali.

Le guide ARROW, secondo come sono progettate, possono essere usate sia direttamente come sensori d’indice di rifrazione sia come celle per aumentare l’interazione fra la luce e le sostanze, liquidi o gas, di cui è riempito il core. Infatti, esse consentono di confinare simultaneamente nel core della guida sia la luce sia la sostanza sotto analisi. Esse inoltre possono essere utilizzate come elemento base per la realizzazione di complessi sensori e dispositivi ottici integrati in cui la luce non si propaga in un solido bensì in un liquido. Quest’approccio ha consentito la realizzazione di:

- Sensori d’indice di rifrazione

- Accoppiatori direzionali optofluidici tunabili

- Filtri optofluidici tunabili

- Inteferometri Mach-Zhender optofluidici

- Risonatori optofluidici ad anello 

Dispositivo optofluidico integrato ibrido per misure di fluorescenza

Giovedì, 14 Luglio 2011 17:18

Monitoraggio di inquinanti in acque potabili

jet waveguideSecondo uno studio recentemente svolto dall’Environmental Protection Agency (EPA), un sistema di allarme per il monitoraggio della qualità dell’acqua potabile dovrebbe essere in grado di dare risposte immediate rilevando con elevata sensibilità una vasta gamma di potenziali sostanze inquinanti e minimizzando il numero di falsi positivi e falsi negativi. Tale sistema dovrebbe, anche, presentare un buon livello di automazione e semplicità d’uso.

Ad oggi, un simile sistema non esiste e quelli attualmente in uso monitorizzano la qualità dell’acqua: (i) misurando continuativamente un ridotto numero di parametri fisico/ chimici (pH, eH, temperatura, conduttività, torbidità); (ii) effettuando analisi periodiche in laboratorio su campioni. Non esiste pertanto alcun sistema in grado di fornire allarmi in tempo reale del verificarsi di una contaminazione accidentale o dolosa.

La realizzazione di un sistema innovativo per il monitoraggio capillare ed in tempo reale della qualità dell’acqua potabile, in grado di soddisfare i requisiti delineati EPA, richiede l’integrazione di diverse tipologie di sensori, tra cui sensori ottici ed elettromagnetici. E’, infatti, possibile rilevare sostanze inquinanti organiche e microorganismi tossici sfruttando la loro fluorescenza naturale, emessa quando illuminati da una luce UV (260-400nm), ed usando la tecnologia microfluidica per prelevare in modo attentamente controllato i campioni di acqua. D’altra parte, la presenza di sostanze inquinanti determina un’alterazione delle caratteristiche elettromagnetiche (conducibilità specifica, permittività) del campione, che possono essere rilevate mediante tecniche di diagnostica a microonde.

Tra i sensori optofluidici recentemente progettati e realizzati presso l’IREA, sono da annoverare quelli basati su guide d’onda a getto. In tali dispositivi viene sfruttata la proprietà di guida offerta da un getto liquido per veicolare segnali utili a fini di sensing.

Illuminando in direzione ortogonale il getto d’acqua mediante radiazione UV, la luce fluorescente prodotta dalle sostanze inquinanti resta intrappolata all’interno del getto, per il fenomeno della riflessione interna totale (TIR), e convogliata poi ad una fibra ottica che trasporta il segnale ad un rivelatore. Tale approccio elimina completamente inconvenienti che tipicamente affliggono altre metodologie, dovuti alla presenza di strutture solide in cui inglobare la guide d’onda e la soluzione da esaminare.

Sensori optofluidici basati su guide d’onda a getto, hanno permesso la rivelazione a bassissime concentrazioni di numerose sostanze inquinanti, come idrocarburi aromatici (ad esempio: benzene, toluene, xilene e naftelene) e di batteri, come il Bacillus Subtilis (noto come simulante dell’antrace) o la Microcystis Aeruginosa (legata a fenomeni di eutrofizzazione delle acque).

Nell’ambito del progetto ACQUASENSE, sono state testate differenti versioni di tali dispositivi che hanno poi dato luogo alla realizzazione di un dispositivo portatile.

L’interesse suscitato per le ricerche svolte è testimoniato da diversi importanti media del settore:

Optical Society of America (OSA) (http://www.osa.org/en-us/about_osa/newsroom/newsreleases/2013/naked_jets_of_water_make_a_better_pollutant_detect/)

Optics & Photonics News - December 2013 (http://www.opnmagazine-digital.com/opn/december_2013?pg=14#pg14)

Photonics Magazine OPLI (http://www.opli.net/opli_magazine/eo/2013/naked-jets-of-water-make-a-better-pollutant-detector/ )

Science Daily (http://www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131003162942.htm )

Photonics Spectra (http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=55429 )

Red Orbit (http://www.redorbit.com/news/science/1112966652/naked-jets-water-better-way-to-detect-pollutants-100413/

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