211service.com
Spiselig elektronikk tatovert på maten din kan hjelpe med å spore helsen din
Overførbare tatoveringer – eller dekaloverføringer – er en kjent del av barndommen og industridesign. Teknologien er grei. Overføringer består av en tynn film av etylcellulosepolymer festet til et papirark med et offerlag av vannløselig stivelse eller dekstrin.
Plassering av overføringen i vann løser opp offerlaget, slik at etylcellulosearket kan overføres til menneskelig hud eller en rekke andre gjenstander. En nøkkelegenskap ved etylcellulosepolymerfilm er at den kan bære et bilde eller en tekst laget ved bruk av konvensjonell blekkskriving.
Det vekket fantasien til et team ledet av Giorgio Bonacchini ved Instituto Italiano di Tecnologia (IIT) i Genova, Italia. Disse karene har skrevet ut organiske elektroniske komponenter på overføringspapir og deretter testet egenskapene til de resulterende kretsene. De har til og med overført kretsene til spiselige gjenstander som farmasøytiske piller og biter av frukt.
Elektroniske enheter som opererer inne i fordøyelseskanalen er på ingen måte nye. I mange år har medisinsk fagpersonell hatt tilgang til piller som inneholder elektroniske enheter som kameraer og batterier.
Men disse enhetene er laget utelukkende av silisiumbaserte komponenter som er dyre og lite fleksible. Derimot har materialforskere gjort store fremskritt i utviklingen av ledende polymerer som kan skrives ut med blekkskrivere til kraftige elektroniske enheter som plastskjermer.
Bonacchini og selskapet bruker samme inkjet-utskriftsteknikk for å lage elektroniske kretser på overføringspapir.
Selvfølgelig er et viktig spørsmål biokompatibiliteten til de resulterende enhetene. Bonacchini og hans kolleger påpeker at etylcellulosefilm lenge har vært brukt som et spiselig belegg på ting som farmasøytiske piller.
Men kretsene har andre komponenter; for eksempel inneholder transistorene metalliske materialer. Bulk sølv antas å være bioinert og har en anbefalt kosttilskudd på 350 mikrogram per dag for noen som veier rundt 155 pounds. En enkelt transistor krever bare fire mikrogram sølv, så enkle kretsløp bør inneholde godt under den daglige grensen.
Imidlertid er sølvet trykt i nanopartikkelform og deretter sintret for å lage et kontinuerlig lag. Bonacchini og selskapet antar at dette vil være biokompatibelt, basert på annen forskning med sølvnanopartikler, men det vil antagelig trenge bekreftelse på et tidspunkt i fremtiden.
Teamet bruker også fire forskjellige halvledende polymerer, inkludert poly(3-heksyltiofen), eller P3HT, og polystyren, som er kjent for å være biokompatible. De to andre polymerene, 29-DPP-TVT og P(NDI2OD-T2), har bare nylig blitt utviklet og har ennå ikke blitt testet for biokompatibilitet.
Selv om disse brukes i pikogram-mengder, reiser de fortsatt åpenbare spørsmål angående biokompatibilitet. Bonacchini og hans kolleger er godt klar over dette og tar på seg oppgaven med å vurdere hvordan polymerene samhandler med menneskekroppen. Resultatene har vært positive så langt, men mer forskning er nødvendig.
Teamet bruker disse materialene til å skrive ut en rekke organiske felteffekttransistorer og logiske invertere på overføringspapir; så tester den egenskapene deres.
Resultatene byr på noen utfordringer. For eksempel utsetter overføringsprosessen kretsene for luft, lys og vann, som ser ut til å dope det aktive P3HT-laget på uønskede måter.
Men teamet var i stand til å dempe denne effekten til en viss grad ved å blande de aktive polymerene med mer stabile halvledere. Dette reduserer effekten av overføringsprosessen, men stabiliteten til den endelige enheten er avgjørende følsom for stabiliteten til det aktive materialet under overføringsprosessen.
Likevel er teamet sikre på at disse problemene kan overvinnes, og at arbeidet er en prinsipp-demonstrasjon for en ny generasjon spiselig elektronikk. Dette resultatet baner vei for realisering av robuste komplementære kretser, sier forskerne. Dette systemet utgjør en enkel og allsidig plattform for integrering av fullt trykte organiske kretser på mat og farmasøytiske legemidler.
Teknologien kan til og med være fordøyelig, noe som betyr at komponentene vil være mindre sannsynlig å bygge opp i kroppen over tid.
Alt i alt er dette spennende arbeid. Disse kretsene kan overvåke fruktens modenhet eller spiseligheten til andre bedervelige produkter gjennom hele levetiden. De kan også levere medisiner under spesifikke omstendigheter eller utføre analyser av ulike slag inne i fordøyelseskanalen.
Selvfølgelig gjenstår mye arbeid, spesielt på spiselige batterier som kan gi strøm til denne typen kretser. Kliniske studier er også nødvendig for å sikre biokompatibilitet.
Men fremtiden for spiselig elektronikk ser velsmakende ut.
Ref: arxiv.org/abs/1802.00371 : Tatoveringspapiroverføring som en allsidig plattform for heltrykt organisk spiselig elektronikk