Een nieuwe generatie microsensoren zou een band kunnen vormen tussen voedselproducten en het internet. ETH-onderzoekers hebben een ultra-dunne temperatuursensor ontwikkeld die eetbaar en biologisch afbreekbaar is, meldt ETH Zürich.
Tegenwoordig worden microsensoren al in veel verschillende toepassingen gebruikt, zoals de detectie van giftige gassen. Ze zijn ook geïntegreerd in zender- en ontvangerssystemen. Aangezien de sensoren dikwijls edele metalen bevatten die schadelijk zijn voor zowel het milieu als de menselijke gezondheid, zijn ze niet geschikt voor medische toepassingen die direct contact met het menselijk lichaam hebben of voor opname in voedingsmiddelen geschikt is. Toch is er een hoge vraag volgens de onderzoekers, zowel in het onderzoek als in de industrie, bij het ontwikkelen van microsensoren gemaakt van niet-toxische materialen die ook nog eens biologisch afbreekbaar zijn.
Magnesiumdraad en composteerbaar polymeer
Een team onderzoekers onder leiding van Giovanni Salvatore, heeft samen met wetenschappers van andere ETH-instituten gewerkt aan de ontwikkeling van biologisch afbreekbare microsensoren voor temperatuurmeting. Ze hebben zojuist hun bevindingen gerapporteerd in het wetenschappelijk tijdschrift Advanced Functional Materials. De biologische microsensoren worden gecreëerd door een superfijn, materiaal van magnesium, siliciumdioxide en nitride in een composteerbaar polymeer omhulsel. Magnesium is een belangrijk onderdeel van ons dieet, terwijl siliciumdioxide en nitride oplosbaar zijn in water. Het betrokken polymeer wordt geproduceerd uit maïs en aardappelzetmeel en de samenstelling ervan voldoet aan de wetgeving van de EU en Amerikaanse levensmiddelen.
Dunner dan een enkele haarfilament
De sensor die door onderzoekers wordt ontwikkeld, is slechts 16 micrometer dik, waardoor het veel dunner is dan een menselijk haar (100 micrometer) en slechts een paar millimeter lang. Daarnaast weegt niet meer dan een fractie milligram. In zijn huidige vorm lost de sensor in 67 dagen in een zoutoplossing van 1 procent volledig op. Op dit moment blijft de sensor gedurende één dag functioneren als het volledig in water is gedompeld. Dat zou vaak voldoende zijn om een zending van verse producten te controleren.
Voor de voeding hebben onderzoekers de sensor aangesloten op een externe microbatterij met ultra dunne, biologisch afbreekbare zinkkabels. Op dezelfde (niet-biologisch afbreekbare) chip is er een microprocessor en een zender die de temperatuurgegevens via Bluetooth naar een externe computer stuurt.
Biosensoren worden alledaags
Het produceren de microsensoren is momenteel een zeer tijdrovend en duur proces. Salvatore is echter ervan overtuigd dat het binnenkort mogelijk is om dergelijke sensoren voor de massamarkt te produceren, met name omdat de methoden voor het printen van elektronische schakelingen steeds meer verfijnd worden. "Zodra de prijs van biosensoren voldoende is, kunnen ze vrijwel overal worden gebruikt", aldus Salvatore. Sensoren zouden de verbinding tussen de fysieke en digitale wereld een uitkomst bieden. Hun gebruik zou niet beperkt blijven tot temperatuurmeting: vergelijkbare microsensoren kunnen worden ingezet om druk, gasopbouw en UV-blootstelling te controleren.
Salvatore voorspelt dat deze biologisch afbreekbare sensoren binnen 5 tot 10 jaar deel uitmaken van ons dagelijks leven, afhankelijk van de interesse die door de industrie wordt getoond. Tegen die tijd zou de batterij, processor en zender waarschijnlijk in de microsensor geïntegreerd worden, aldus Salvatore. Er is nog veel meer onderzoek nodig voordat deze componenten kunnen worden gebruikt zonder risico's voor de menselijke gezondheid of het het milieu.
Bron: ETH Zürich