Магниевая проволока и компостируемый полимерКоманда исследователей во главе с Джованни Сальваторе, доктором лаборатории электроники, работала с учеными из других институтов ETH над разработкой биоразлагаемых микросенсоров для измерения температуры. Они только что сообщили о своих выводах в научном журнале Advanced Functional Materials. Биосовместимые микросенсоры создаются путем инкапсуляции сверхтонкой плотно намотанной электрической нити из магния, диоксида кремния и нитрида в компостируемый полимер.
Магний является важным компонентом нашего рациона, а диоксид и нитрид кремния биосовместимы и растворяются в воде. Рассматриваемый полимер производится из кукурузного и картофельного крахмала, и его состав соответствует законодательству ЕС и США о пищевых продуктах.
Джованни Сальваторе, научный сотрудник, работающий в группе профессора Тростера, убежден, что у этих биоразлагаемых микросенсоров большое будущее. В качестве примера он приводит одно возможное применение: «При подготовке к транспортировке в Европу рыбу из Японии можно было бы оснастить крошечными датчиками температуры, позволяющими постоянно контролировать их, чтобы гарантировать, что они хранятся при достаточно низкой температуре». Для этого требуются датчики, которые подходят для использования в пищевых продуктах и не представляют угрозы для здоровья потребителей.
Датчики также должны быть небольшими, прочными и достаточно гибкими, чтобы работать в контейнерах, заполненных рыбой или другими пищевыми продуктами.Тоньше одной нити волоса
Датчик, разработанный исследователями, имеет толщину всего 16 микрометров, что делает его намного тоньше человеческого волоса (100 микрометров), а его длина составляет всего несколько миллиметров, а его вес не превышает доли миллиграмма. В нынешнем виде сенсор полностью растворяется в однопроцентном физиологическом растворе в течение 67 дней. В настоящее время датчик продолжает работать в течение одного дня при полном погружении в воду.
Этого времени хватило бы для наблюдения за партией рыбы из Японии в Европу. «Но относительно легко продлить срок службы, отрегулировав толщину полимера», — говорит Сальваторе. Однако более толстый датчик будет менее гибким. Датчик тока настолько тонкий, что продолжает работать, даже если он полностью смят или сложен.
Даже при растяжении примерно на 10% от исходного размера датчик остается нетронутым.Что касается источника питания, исследователи подключили датчик к внешней микро-батарее с помощью ультратонких, биоразлагаемых цинковых кабелей. На том же (не поддающемся биологическому разложению) чипе есть микропроцессор и передатчик, который отправляет данные о температуре через Bluetooth на внешний компьютер.
Это позволяет контролировать температуру продукта в диапазоне от 10 до 20 метров.Биосенсоры станут обычным делом
Производство биосовместимых микросенсоров в настоящее время является очень трудоемким и дорогостоящим процессом. Однако Сальваторе уверен, что вскоре появится возможность производить такие датчики для массового рынка, тем более что методы печати электронных схем становятся все более изощренными. «Когда цена на биосенсоры достаточно упадет, их можно будет использовать практически где угодно», — говорит Сальваторе. Датчики обеспечат связь между физическим и цифровым миром, добавляя продукты питания в «Интернет вещей». Их использование не будет ограничиваться измерением температуры: аналогичные микросенсоры можно использовать для контроля давления, скопления газа и УФ-излучения.
Сальваторе предсказывает, что эти биоразлагаемые сенсоры станут частью нашей повседневной жизни в течение 5-10 лет, в зависимости от уровня интереса, проявляемого промышленностью. К тому времени аккумулятор, процессор и передатчик, вероятно, будут интегрированы в микросенсор, объясняет Сальваторе.
Прежде чем эти компоненты можно будет использовать без опасений для здоровья человека или окружающей среды, необходимо провести еще много исследований. Поэтому команда в настоящее время ищет биосовместимый источник энергии для питания своего датчика.