Essbare Elektronik, die auf Ihr Essen tätowiert ist, könnte helfen, Ihre Gesundheit zu verfolgen

Übertragbare Tattoos – oder Abziehbilder – sind ein bekannter Bestandteil der Kindheit und des Industriedesigns. Die Technik ist unkompliziert. Abziehbilder bestehen aus einem dünnen Film aus Ethylzellulosepolymer, der mit einer Opferschicht aus wasserlöslicher Stärke oder Dextrin auf ein Blatt Papier geklebt wird.



Das Einlegen des Transfers in Wasser löst die Opferschicht auf, wodurch die Ethylzellulosefolie auf die menschliche Haut oder zahlreiche andere Objekte übertragen werden kann. Eine Schlüsseleigenschaft von Ethylcellulose-Polymerfolie besteht darin, dass sie ein Bild oder einen Text tragen kann, der mit herkömmlichem Tintenstrahldruck erstellt wurde.

Das beflügelte die Fantasie eines Teams unter der Leitung von Giorgio Bonacchini am Instituto Italiano di Tecnologia (IIT) in Genua, Italien. Diese Jungs haben organische elektronische Bauteile auf Transferpapier gedruckt und dann die Eigenschaften der resultierenden Schaltkreise getestet. Sie haben die Schaltkreise sogar auf essbare Gegenstände wie pharmazeutische Pillen und Fruchtstücke übertragen.





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Elektronische Geräte, die im Verdauungstrakt arbeiten, sind keineswegs neu. Mediziner haben seit vielen Jahren Zugang zu Pillen, die elektronische Geräte wie Kameras und Batterien enthalten.

Diese Geräte bestehen jedoch ausschließlich aus siliziumbasierten Komponenten, die teuer und unflexibel sind. Im Gegensatz dazu haben Materialwissenschaftler in jüngster Zeit große Fortschritte bei der Entwicklung leitfähiger Polymere erzielt, die per Tintenstrahl in leistungsstarke elektronische Geräte wie Kunststoffdisplays gedruckt werden können.

Bonacchini und Co. verwenden dieselbe Tintenstrahldrucktechnik, um elektronische Schaltkreise auf Transferpapier zu erstellen.



Eine wichtige Frage ist natürlich die Biokompatibilität der resultierenden Vorrichtungen. Bonacchini und seine Kollegen weisen darauf hin, dass Ethylzellulosefolie seit langem als essbare Beschichtung auf Dingen wie pharmazeutischen Pillen verwendet wird.

Aber die Schaltungen haben andere Komponenten; beispielsweise enthalten die Transistoren metallische Materialien. Silber in großen Mengen gilt als bioinert und hat eine empfohlene Tagesdosis von 350 Mikrogramm für jemanden mit einem Gewicht von etwa 155 Pfund. Ein einzelner Transistor benötigt gerade mal vier Mikrogramm Silber, einfache Schaltungen sollten also deutlich unter dem Tageslimit enthalten sein.

Das Silber wird jedoch in Nanopartikelform gedruckt und dann gesintert, um eine durchgehende Schicht zu erzeugen. Bonacchini und Co. gehen davon aus, dass dies biokompatibel sein wird, basierend auf anderen Forschungen mit Silber-Nanopartikeln, aber das muss vermutlich irgendwann in der Zukunft bestätigt werden.

Das Team verwendet auch vier verschiedene halbleitende Polymere, darunter Poly(3-hexylthiophen) oder P3HT und Polystyrol, die als biokompatibel bekannt sind. Die beiden anderen Polymere, 29-DPP-TVT und P(NDI2OD-T2), wurden erst kürzlich entwickelt und noch nicht auf Biokompatibilität getestet.



Obwohl diese in Picogramm-Mengen verwendet werden, werfen sie immer noch offensichtliche Fragen bezüglich der Biokompatibilität auf. Bonacchini und seine Kollegen sind sich dessen bewusst und stellen sich der Aufgabe, zu beurteilen, wie die Polymere mit dem menschlichen Körper interagieren. Die Ergebnisse waren bisher positiv, aber es bedarf weiterer Forschung.

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Das Team verwendet diese Materialien, um eine Vielzahl organischer Feldeffekttransistoren und Logikinverter auf Transferpapier zu drucken; dann testet es ihre Eigenschaften.

Die Ergebnisse werfen einige Herausforderungen auf. Beispielsweise setzt der Übertragungsprozess die Schaltkreise Luft, Licht und Wasser aus, was die aktive P3HT-Schicht auf unerwünschte Weise zu dotieren scheint.

Das Team konnte diesen Effekt jedoch bis zu einem gewissen Grad abmildern, indem es die aktiven Polymere mit stabileren Halbleitern mischte. Dies verringert die Wirkung des Übertragungsprozesses, aber die Stabilität der endgültigen Vorrichtung hängt entscheidend von der Stabilität des aktiven Materials während des Übertragungsprozesses ab.

Dennoch ist das Team zuversichtlich, dass diese Probleme überwunden werden können und dass die Arbeit eine Grundsatzdemonstration für eine neue Generation essbarer Elektronik darstellt. Dieses Ergebnis ebne den Weg für die Realisierung robuster komplementärer Schaltungen, sagen die Forscher. Dieses System stellt eine einfache und vielseitige Plattform für die Integration vollständig gedruckter organischer Schaltkreise auf Lebensmitteln und Arzneimitteln dar.

Die Technologie kann sogar verdaulich sein, was bedeutet, dass sich die Komponenten im Laufe der Zeit weniger wahrscheinlich im Körper ansammeln.

Alles in allem ist das eine spannende Arbeit. Diese Schaltkreise könnten die Reife von Obst oder die Essbarkeit anderer verderblicher Produkte über ihre gesamte Lebensdauer hinweg überwachen. Sie könnten unter bestimmten Umständen auch Medikamente verabreichen oder Tests verschiedener Art im Verdauungstrakt durchführen.

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Natürlich bleibt noch viel zu tun, insbesondere bei essbaren Batterien, die den Strom für diese Art von Schaltkreisen liefern könnten. Klinische Studien sind auch erforderlich, um die Biokompatibilität sicherzustellen.

Aber die Zukunft für essbare Elektronik sieht – nun ja – lecker aus.

Ref: arxiv.org/abs/1802.00371 : Tattoo-Papier-Transfer als vielseitige Plattform für vollständig bedruckte organische essbare Elektronik

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