Spiselig elektronik tatoveret på din mad kan hjælpe med at spore dit helbred

Overførbare tatoveringer – eller overførsler af mærkater – er en velkendt del af barndommen og industrielt design. Teknologien er ligetil. Overførsler består af en tynd film af ethylcellulosepolymer klæbet til et ark papir med et offerlag af vandopløselig stivelse eller dextrin.

Anbringelse af overførslen i vand opløser offerlaget, hvilket tillader ethylcellulosearket at blive overført til menneskelig hud eller adskillige andre genstande. En nøgleegenskab ved ethylcellulosepolymerfilm er, at den kan bære et billede eller en tekst, der er skabt ved hjælp af konventionel inkjet-print.

Det satte gang i fantasien hos et hold ledet af Giorgio Bonacchini på Instituto Italiano di Tecnologia (IIT) i Genova, Italien. Disse fyre har printet organiske elektroniske komponenter på transferpapir og derefter testet egenskaberne af de resulterende kredsløb. De har endda overført kredsløbene til spiselige genstande såsom farmaceutiske piller og frugtstykker.

Elektroniske enheder, der fungerer inde i fordøjelseskanalen, er på ingen måde nye. I mange år har læger haft adgang til piller, der indeholder elektroniske enheder såsom kameraer og batterier.

Men disse enheder er udelukkende lavet af siliciumbaserede komponenter, der er dyre og ufleksible. I modsætning hertil har materialeforskere gjort store fremskridt i udviklingen af ​​ledende polymerer, der kan inkjet-printes til kraftige elektroniske enheder såsom plastikskærme.

Bonacchini og virksomheden bruger den samme inkjet-printteknik til at skabe elektroniske kredsløb på transferpapir.

Selvfølgelig er et vigtigt spørgsmål biokompatibiliteten af ​​de resulterende enheder. Bonacchini og hans kolleger påpeger, at ethylcellulosefilm længe har været brugt som en spiselig belægning på ting som farmaceutiske piller.

Men kredsløbene har andre komponenter; for eksempel indeholder transistorerne metalliske materialer. Bulk sølv menes at være bioinert og har en anbefalet kosttilførsel på 350 mikrogram om dagen for en person, der vejer omkring 155 pounds. En enkelt transistor kræver kun fire mikrogram sølv, så simple kredsløb bør indeholde et godt stykke under den daglige grænse.

Sølvet bliver dog trykt i nanopartikelform og derefter sintret for at skabe et kontinuerligt lag. Bonacchini og selskab antager, at dette vil være biokompatibelt, baseret på anden forskning med sølvnanopartikler, men det vil formentlig kræve bekræftelse på et tidspunkt i fremtiden.

Holdet bruger også fire forskellige halvledende polymerer, herunder poly(3-hexylthiophene), eller P3HT, og polystyren, som er kendt for at være biokompatible. De to andre polymerer, 29-DPP-TVT og P(NDI2OD-T2), er først for nylig blevet udviklet og er endnu ikke testet for biokompatibilitet.

Selvom disse bruges i picogram-mængder, rejser de stadig åbenlyse spørgsmål vedrørende biokompatibilitet. Det er Bonacchini og hans kolleger godt klar over og påtager sig opgaven med at vurdere, hvordan polymererne interagerer med menneskekroppen. Resultaterne har indtil videre været positive, men der er brug for mere forskning.

Holdet bruger disse materialer til at udskrive en række organiske felteffekttransistorer og logiske invertere på transferpapir; så tester den deres egenskaber.

Resultaterne byder på nogle udfordringer. For eksempel udsætter overførselsprocessen kredsløbene for luft, lys og vand, som ser ud til at dope det aktive P3HT-lag på uønskede måder.

Men holdet var i stand til at afbøde denne effekt til en vis grad ved at blande de aktive polymerer med mere stabile halvledere. Dette reducerer effekten af ​​overførselsprocessen, men stabiliteten af ​​den endelige enhed er afgørende følsom over for stabiliteten af ​​det aktive materiale under overførselsprocessen.

Ikke desto mindre er holdet overbevist om, at disse problemer kan overvindes, og at arbejdet er en proof-of-princip demonstration for en ny generation af spiselig elektronik. Dette resultat baner vejen for realiseringen af ​​robuste komplementære kredsløb, siger forskerne. Dette system udgør en enkel og alsidig platform til integration af fuldt trykte organiske kredsløb på fødevarer og farmaceutiske lægemidler.

Teknologien kan endda være fordøjelig, hvilket betyder, at komponenterne vil være mindre tilbøjelige til at bygge op i kroppen over tid.

Alt i alt er dette spændende arbejde. Disse kredsløb kunne overvåge frugtens modenhed eller spiseligheden af ​​andre letfordærvelige produkter gennem hele deres levetid. De kunne også levere medicin under særlige omstændigheder eller udføre analyser af forskellig art inde i fordøjelseskanalen.

Selvfølgelig er der meget arbejde at gøre, især på spiselige batterier, der kunne levere strøm til denne slags kredsløb. Kliniske forsøg er også nødvendige for at sikre biokompatibilitet.

Men fremtiden for spiselig elektronik ser velsmagende ud.

Ref: arxiv.org/abs/1802.00371 : Overførsel af tatovering-papir som en alsidig platform til organisk spiselig elektronik med fuld tryk

skjule