211service.com
Eetbare elektronica getatoeëerd op je eten kan je gezondheid helpen volgen
Overdraagbare tatoeages - of stickertransfers - zijn een bekend onderdeel van kindertijd en industrieel ontwerp. De technologie is rechttoe rechtaan. Transfers bestaan uit een dunne film van ethylcellulosepolymeer die op een vel papier wordt geplakt door een offerlaag van in water oplosbaar zetmeel of dextrine.
Door de transfer in water te plaatsen, lost de opofferingslaag op, waardoor het ethylcellulosevel kan worden overgebracht naar de menselijke huid of tal van andere objecten. Een belangrijke eigenschap van ethylcellulosepolymeerfilm is dat deze een afbeelding of tekst kan dragen die is gemaakt met conventioneel inkjetprinten.
Dat sprak tot de verbeelding van een team onder leiding van Giorgio Bonacchini van het Instituto Italiano di Tecnologia (IIT) in Genua, Italië. Deze jongens hebben organische elektronische componenten op transferpapier geprint en vervolgens de eigenschappen van de resulterende circuits getest. Ze hebben de circuits zelfs overgebracht naar eetbare voorwerpen zoals farmaceutische pillen en stukjes fruit.
Elektronische apparaten die in het spijsverteringskanaal werken, zijn zeker niet nieuw. Medische professionals hebben jarenlang toegang gehad tot pillen met elektronische apparaten zoals camera's en batterijen.
Maar deze apparaten zijn uitsluitend gemaakt van op silicium gebaseerde componenten die duur en inflexibel zijn. Daarentegen hebben materiaalwetenschappers veel recente vooruitgang geboekt bij de ontwikkeling van geleidende polymeren die met inkjet kunnen worden geprint in krachtige elektronische apparaten zoals plastic displays.
Bonacchini en het bedrijf gebruiken dezelfde inkjetprinttechniek om elektronische schakelingen op transferpapier te maken.
Een belangrijke vraag is natuurlijk de biocompatibiliteit van de resulterende apparaten. Bonacchini en zijn collega's wijzen erop dat ethylcellulosefilm al lang wordt gebruikt als eetbare coating op zaken als farmaceutische pillen.
Maar de circuits hebben andere componenten; de transistors bevatten bijvoorbeeld metalen materialen. Men denkt dat bulkzilver bioinert is en heeft een aanbevolen dagelijkse hoeveelheid van 350 microgram per dag voor iemand die ongeveer 155 pond weegt. Een enkele transistor vereist slechts vier microgram zilver, dus eenvoudige circuits zouden ruim onder de dagelijkse limiet moeten zitten.
Het zilver wordt echter gedrukt in nanodeeltjesvorm en vervolgens gesinterd om een doorlopende laag te creëren. Bonacchini en het bedrijf gaan ervan uit dat dit biocompatibel zal zijn, op basis van ander onderzoek met zilveren nanodeeltjes, maar dat zal vermoedelijk op een bepaald moment in de toekomst moeten worden bevestigd.
Het team gebruikt ook vier verschillende halfgeleidende polymeren, waaronder poly(3-hexylthiofeen), of P3HT, en polystyreen, waarvan bekend is dat ze biocompatibel zijn. De andere twee polymeren, 29-DPP-TVT en P(NDI2OD-T2), zijn pas recent ontwikkeld en zijn nog niet getest op biocompatibiliteit.
Hoewel deze in picogram-hoeveelheden worden gebruikt, roepen ze nog steeds duidelijke vragen op met betrekking tot biocompatibiliteit. Bonacchini en zijn collega's zijn zich hiervan bewust en nemen de taak op zich om te beoordelen hoe de polymeren omgaan met het menselijk lichaam. De resultaten zijn tot nu toe positief, maar er is meer onderzoek nodig.
Het team gebruikt deze materialen om een verscheidenheid aan organische veldeffecttransistoren en logische inverters op transferpapier te printen; dan test het hun eigenschappen.
De resultaten zorgen voor een aantal uitdagingen. Het overdrachtsproces stelt de circuits bijvoorbeeld bloot aan lucht, licht en water, wat de actieve P3HT-laag op ongewenste manieren lijkt te verdoven.
Maar het team was in staat om dit effect tot op zekere hoogte te verzachten door de actieve polymeren te mengen met stabielere halfgeleiders. Dit vermindert het effect van het overdrachtsproces, maar de stabiliteit van het uiteindelijke apparaat is cruciaal gevoelig voor de stabiliteit van het actieve materiaal tijdens het overdrachtsproces.
Desalniettemin is het team ervan overtuigd dat deze problemen kunnen worden overwonnen en dat het werk een proof-of-principle demonstratie is voor een nieuwe generatie eetbare elektronica. Dit resultaat maakt de weg vrij voor de realisatie van robuuste complementaire circuits, zeggen de onderzoekers. Dit systeem vormt een eenvoudig en veelzijdig platform voor de integratie van volledig gedrukte organische schakelingen op voedsel en farmaceutische medicijnen.
De technologie kan zelfs verteerbaar zijn, wat betekent dat de componenten zich in de loop van de tijd minder snel ophopen in het lichaam.
Al met al is dit boeiend werk. Deze circuits kunnen de rijpheid van fruit of de eetbaarheid van andere bederfelijke producten gedurende hun hele levensduur bewaken. Ze kunnen ook medicijnen afleveren in specifieke omstandigheden of testen van verschillende soorten uitvoeren in het spijsverteringskanaal.
Natuurlijk moet er nog veel werk worden verzet, vooral aan eetbare batterijen die de stroom voor dit soort circuits zouden kunnen leveren. Klinische proeven zijn ook nodig om de biocompatibiliteit te garanderen.
Maar de toekomst voor eetbare elektronica ziet er - nou ja - smakelijk uit.
Referentie: arxiv.org/abs/1802.00371 : Overdracht van tattoo-papier als een veelzijdig platform voor volledig bedrukte organische eetbare elektronica