211service.com
Ätbar elektronik tatuerad på din mat kan hjälpa dig att spåra din hälsa
Överförbara tatueringar – eller dekalöverföringar – är en välbekant del av barndomen och industriell design. Tekniken är okomplicerad. Överföringar består av en tunn film av etylcellulosapolymer som fästs på ett pappersark med ett offerlager av vattenlöslig stärkelse eller dextrin.
Att placera överföringen i vatten löser upp offerskiktet, vilket gör att etylcellulosaarket kan överföras till mänsklig hud eller många andra föremål. En nyckelegenskap hos etylcellulosapolymerfilm är att den kan bära en bild eller text skapad med konventionell bläckstråleutskrift.
Det väckte fantasin hos ett team som leds av Giorgio Bonacchini vid Instituto Italiano di Tecnologia (IIT) i Genua, Italien. Dessa killar har skrivit ut organiska elektroniska komponenter på transferpapper och sedan testat egenskaperna hos de resulterande kretsarna. De har till och med överfört kretsarna till ätbara föremål som farmaceutiska piller och fruktbitar.
Elektroniska enheter som verkar inuti matsmältningskanalen är inte på något sätt nya. Under många år har medicinsk personal haft tillgång till piller som innehåller elektroniska enheter som kameror och batterier.
Men dessa enheter är uteslutande gjorda av kiselbaserade komponenter som är dyra och oflexibla. Däremot har materialforskare gjort stora framsteg på senare tid när det gäller att utveckla ledande polymerer som kan bläckstråleskrivas till kraftfulla elektroniska enheter som plastskärmar.
Bonacchini och företaget använder samma inkjet-utskriftsteknik för att skapa elektroniska kretsar på transferpapper.
Naturligtvis är en viktig fråga biokompatibiliteten hos de resulterande enheterna. Bonacchini och hans kollegor påpekar att etylcellulosafilm länge har använts som en ätbar beläggning på saker som läkemedelspiller.
Men kretsarna har andra komponenter; till exempel innehåller transistorerna metalliska material. Bulk silver tros vara bioinert och har ett rekommenderat kosttillskott på 350 mikrogram per dag för någon som väger cirka 155 pund. En enkel transistor kräver bara fyra mikrogram silver, så enkla kretsar bör innehålla långt under den dagliga gränsen.
Silvret trycks dock i nanopartikelform och sintras sedan för att skapa ett kontinuerligt lager. Bonacchini och företaget antar att detta kommer att vara biokompatibelt, baserat på annan forskning med silvernanopartiklar, men det kommer förmodligen att behöva bekräftas någon gång i framtiden.
Teamet använder också fyra olika halvledande polymerer, inklusive poly(3-hexyltiofen), eller P3HT, och polystyren, som är kända för att vara biokompatibla. De andra två polymererna, 29-DPP-TVT och P(NDI2OD-T2), har bara nyligen utvecklats och har ännu inte testats för biokompatibilitet.
Även om dessa används i pikogramkvantiteter väcker de fortfarande uppenbara frågor angående biokompatibilitet. Bonacchini och hans kollegor är väl medvetna om detta och tar på sig uppgiften att bedöma hur polymererna interagerar med människokroppen. Resultaten har hittills varit positiva, men mer forskning behövs.
Teamet använder dessa material för att skriva ut en mängd olika organiska fälteffekttransistorer och logiska växelriktare på överföringspapper; sedan testar den deras egenskaper.
Resultaten skapar en del utmaningar. Till exempel utsätter överföringsprocessen kretsarna för luft, ljus och vatten, vilket verkar dopa det aktiva P3HT-skiktet på oönskade sätt.
Men teamet kunde mildra denna effekt till viss del genom att blanda de aktiva polymererna med mer stabila halvledare. Detta minskar effekten av överföringsprocessen, men stabiliteten hos den slutliga anordningen är ytterst känslig för det aktiva materialets stabilitet under överföringsprocessen.
Ändå är teamet övertygade om att dessa problem kan övervinnas och att arbetet är en proof-of-princip demonstration för en ny generation av ätbar elektronik. Detta resultat banar väg för förverkligandet av robusta komplementära kretsar, säger forskarna. Detta system utgör en enkel och mångsidig plattform för integration av helt tryckta organiska kretsar på livsmedel och läkemedel.
Tekniken kan till och med vara smältbar, vilket innebär att komponenterna är mindre benägna att byggas upp i kroppen med tiden.
Sammantaget är detta ett spännande arbete. Dessa kretsar kan övervaka fruktens mognad eller ätbarheten hos andra lättfördärvliga produkter under hela deras livstid. De kan också leverera läkemedel under särskilda omständigheter eller utföra analyser av olika slag inuti matsmältningskanalen.
Naturligtvis återstår mycket arbete att göra, särskilt på ätbara batterier som kan ge ström till dessa typer av kretsar. Kliniska prövningar behövs också för att säkerställa biokompatibilitet.
Men framtiden för ätbar elektronik ser – ja – välsmakande ut.
Ref: arxiv.org/abs/1802.00371 : Tatueringspappersöverföring som en mångsidig plattform för heltryckt organisk ätbar elektronik