Jadalna elektronika wytatuowana na twoim jedzeniu może pomóc w śledzeniu twojego zdrowia

Przenośne tatuaże - lub kalkomanie - są znaną częścią dzieciństwa i wzornictwa przemysłowego. Technologia jest prosta. Transfery składają się z cienkiej folii polimeru etylocelulozy przyklejonej do arkusza papieru za pomocą warstwy protektorowej rozpuszczalnej w wodzie skrobi lub dekstryny.

Umieszczenie transferu w wodzie rozpuszcza warstwę protektorową, umożliwiając przeniesienie arkusza etylocelulozy na ludzką skórę lub wiele innych przedmiotów. Kluczową właściwością folii polimerowej z etylocelulozy jest to, że może ona zawierać obraz lub tekst utworzony przy użyciu konwencjonalnego druku atramentowego.

To rozbudziło wyobraźnię zespołu kierowanego przez Giorgio Bonacchiniego w Instituto Italiano di Tecnologia (IIT) w Genui we Włoszech. Ci faceci wydrukowali organiczne komponenty elektroniczne na papierze transferowym, a następnie przetestowali właściwości powstałych obwodów. Przenieśli nawet obwody na jadalne przedmioty, takie jak pigułki farmaceutyczne i kawałki owoców.

Urządzenia elektroniczne działające w przewodzie pokarmowym nie są niczym nowym. Od wielu lat lekarze mają dostęp do tabletek zawierających urządzenia elektroniczne, takie jak aparaty fotograficzne i baterie.

Ale te urządzenia są wykonane wyłącznie z komponentów na bazie krzemu, które są drogie i nieelastyczne. Z kolei naukowcy zajmujący się materiałami poczynili ostatnio znaczne postępy w opracowywaniu polimerów przewodzących, które można drukować atramentowo na potężnych urządzeniach elektronicznych, takich jak plastikowe wyświetlacze.

Bonacchini i spółka wykorzystują tę samą technikę druku atramentowego do tworzenia obwodów elektronicznych na papierze transferowym.

Oczywiście ważnym pytaniem jest biokompatybilność powstałych urządzeń. Bonacchini i jego koledzy zwracają uwagę, że folia etylocelulozowa była od dawna używana jako jadalna powłoka na produktach takich jak pigułki farmaceutyczne.

Ale obwody mają inne elementy; na przykład tranzystory zawierają materiały metalowe. Uważa się, że luzem srebro jest bioinertne i jego zalecane dzienne spożycie wynosi 350 mikrogramów dla osoby ważącej około 155 funtów. Pojedynczy tranzystor wymaga zaledwie czterech mikrogramów srebra, więc proste obwody powinny zawierać znacznie poniżej dziennego limitu.

Jednak srebro jest drukowane w postaci nanocząsteczek, a następnie spiekane w celu utworzenia ciągłej warstwy. Bonacchini i firma zakładają, że będzie to biokompatybilne, w oparciu o inne badania z nanocząsteczkami srebra, ale prawdopodobnie będzie to wymagało potwierdzenia w pewnym momencie w przyszłości.

Zespół wykorzystuje również cztery różne polimery półprzewodnikowe, w tym poli(3-heksylotiofen) lub P3HT oraz polistyren, o których wiadomo, że są biokompatybilne. Pozostałe dwa polimery, 29-DPP-TVT i P(NDI2OD-T2), zostały opracowane dopiero niedawno i nie zostały jeszcze przetestowane pod kątem biokompatybilności.

Chociaż są one używane w ilościach pikogramowych, nadal rodzą oczywiste pytania dotyczące biokompatybilności. Bonacchini i jego koledzy doskonale zdają sobie z tego sprawę i podejmują się zadania oceny interakcji polimerów z ludzkim ciałem. Jak dotąd wyniki są pozytywne, ale potrzebne są dalsze badania.

Zespół wykorzystuje te materiały do ​​drukowania różnych organicznych tranzystorów polowych i falowników logicznych na papierze transferowym; następnie testuje ich właściwości.

Wyniki stawiają pewne wyzwania. Na przykład proces transferu wystawia obwody na działanie powietrza, światła i wody, co wydaje się domieszkować aktywną warstwę P3HT w niepożądany sposób.

Jednak zespołowi udało się do pewnego stopnia złagodzić ten efekt, łącząc aktywne polimery z bardziej stabilnymi półprzewodnikami. Zmniejsza to efekt procesu przenoszenia, ale stabilność końcowego urządzenia jest niezwykle wrażliwa na stabilność materiału aktywnego podczas procesu przenoszenia.

Niemniej jednak zespół jest przekonany, że problemy te można przezwyciężyć, a prace są dowodem słuszności zasad nowej generacji jadalnej elektroniki. Naukowcy twierdzą, że wyniki te otwierają drogę do realizacji solidnych obwodów komplementarnych. System ten stanowi prostą i wszechstronną platformę do integracji w pełni drukowanych obwodów organicznych z lekami spożywczymi i farmaceutycznymi.

Technologia może być nawet przyswajalna, co oznacza, że ​​z upływem czasu składniki będą mniej skłonne do gromadzenia się w organizmie.

W sumie to ekscytująca praca. Obwody te mogą monitorować dojrzałość owoców lub jadalność innych łatwo psujących się produktów przez cały okres ich użytkowania. Mogli również dostarczać leki w określonych okolicznościach lub przeprowadzać różnego rodzaju testy w przewodzie pokarmowym.

Oczywiście pozostaje jeszcze wiele do zrobienia, szczególnie w przypadku jadalnych baterii, które mogłyby zapewnić zasilanie tego rodzaju obwodów. Potrzebne są również badania kliniczne, aby zapewnić biokompatybilność.

Ale przyszłość jadalnej elektroniki wygląda – cóż – smacznie.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1802.00371 : Transfer papieru do tatuażu jako wszechstronna platforma dla wszystkich drukowanych organicznych jadalnych elektroniki

ukryć