Магний проводной и биологически разлагаемый полимерКоманда исследователей во главе с Джованни Сальваторе, постдоктором в Лаборатории Электроники, работала с учеными из других институтов ETH разработки биоразлагаемых микродатчиков для измерения температуры. Они только что сообщили о своих результатах в научном журнале Advanced Functional Materials.
Биологически совместимые микродатчики созданы, заключив в капсулу высококачественную, туго натянутую электрическую нить, сделанную из магния, кремниевого диоксида, и азотируют в биологически разлагаемом полимере. Магний – важный компонент нашей диеты, в то время как кремниевый диоксид и азотирует, биологически совместимы и растворимы в воде.
Рассматриваемый полимер произведен из зерна и картофельного крахмала, и его состав выполняет ЕС и американское законодательство пищевых продуктов.Джованни Сальваторе, постдокторский исследователь, работающий в группе профессора Тростера, убежден, что у этих биоразлагаемых микродатчиков есть блестящее будущее. Как пример, он цитирует одно возможное применение: «При подготовке к транспортировке в Европу рыба из Японии могла быть оснащена крошечными температурными датчиками, позволив им быть непрерывно проверенной, чтобы гарантировать, что они сохранены при достаточно прохладной температуре». Это требует датчиков, которые подходят для использования в продовольствии и не являются никакой угрозой здоровью потребителей.
Датчики также должны быть маленькими, надежными и достаточно гибкими, чтобы выжить в контейнерах, полных рыбы или других продуктов питания.Разбавитель, чем единственная нить волосДатчик, разработанный исследователями, только 16 микрометров толщиной, делая его намного более тонким, чем человеческие волосы (100 микрометров), и – быть только несколькими миллиметрами в длине – взвешивает не больше, чем долю миллиграмма. В его текущей форме датчик распадается полностью в соляном растворе на один процент в течение 67 дней.
В настоящее время датчик продолжает функционировать в течение одного дня когда полностью submersed в воде. Это время было бы достаточно, чтобы контролировать отгрузку рыбы от Японии до Европы. «Но относительно легко расширить срок службы, регулируя толщину полимера», говорит Сальваторе.
Более массивный датчик был бы менее гибким, как бы то ни было. Датчик тока столь тонкий, что он продолжает функционировать, даже если он полностью раздавлен или свернут. Даже когда протянуто приблизительно 10% его первоначального размера, датчик остается неповрежденным.Для источника питания исследователи соединили датчик с внешней микро батареей, используя ультратонкие, биоразлагаемые цинковые кабели.
На том же самом (небиоразлагаемом) чипе есть микропроцессор и передатчик, который посылает температурные данные через Bluetooth к внешнему компьютеру. Это позволяет контролировать температуру продукта в диапазоне 10 – 20 метров.
Биодатчики станут распространеннымиПроизводство биологически совместимых микродатчиков в настоящее время является очень отнимающим много времени и дорогим процессом. Однако Сальваторе уверен, что скоро будет возможно произвести такие датчики для массового рынка, тем более, что методы печати электронных схем становятся все более и более сложными. «Как только цена биодатчиков падает достаточно, они могли использоваться фактически где угодно», говорит Сальваторе.
Датчики обеспечили бы связь между материальным миром и миром цифровых технологий, принеся продукты питания в «Интернет Вещей». Их использование не было бы ограничено измерением температуры также: подобные микродатчики могли быть развернуты, чтобы контролировать давление, газовое наращивание и ультрафиолетовое воздействие.Сальваторе предсказывает, что эти биоразлагаемые датчики будут частью наших повседневных жизней в течение 5 – 10 лет, в зависимости от уровня интереса, показанного промышленностью.
К тому времени батарея, процессор и передатчик были бы, вероятно, интегрированы в микродатчик, объясняет Сальваторе. Намного больше исследования все еще требуется, прежде чем эти компоненты могут использоваться без опасений за здоровье человека или окружающую среду.
Команда поэтому в настоящее время ищет биологически совместимый источник энергии, чтобы привести его датчик в действие.