可生物降解的微型感測器

現在的微型感測器已經在許多不同的應用中使用， 例如檢測有毒氣體。 它們也集成到小型化的發射器/接收器系統中， 例如無處不在的RFID晶片。 然而， 由於感測器通常含有對環境和人體健康有害的貴金屬， 因此它們不適用於與人體直接接觸或包含在食品中的醫療應用。 因此， 在研究和工業中， 急需開發由可生物降解的無毒材料製成的微感測器。

鎂線和可堆肥聚合物

由電子實驗室的博士後Giovanni Salvatore領導的研究團隊一直在與其他ETH研究所的科學家合作開發用於溫度測量的可生物降解微量感測器。 他們剛剛在科學雜誌“Advanced Functional Materials”中報導了他們的發現。 通過在可堆肥聚合物中包封由鎂、二氧化矽和氮化物製成的超細、緊密纏繞的線纜， 產生生物相容的微型感測器。 鎂是我們飲食中的重要組成部分， 而二氧化矽和氮化物是生物相容的， 可溶于水。 所述聚合物由玉米和馬鈴薯澱粉生產，

其成分符合歐盟和美國食品法規。

在Tröster教授小組工作的博士後研究生Giovanni Salvatore深信， 這些可生物降解的微型傳感器具有光明的未來。 例如， 他引用了一個潛在的應用：“為了準備運往歐洲， 來自日本的魚可以安裝微小的溫度感測器， 使其能夠被連續監測， 以確保它們保持在足夠冷的溫度。 這需要適用於食品的感測器， 不會對消費者的健康構成威脅。 感測器還需要小巧， 堅固和靈活， 足以在容納魚或其他食品的容器中生存。

比一根頭髮絲還細

由研究人員開發的感測器只有16微米厚， 使其比人類頭髮（100微米）薄得多， 長度只有幾毫米， 重量不超過毫克數。 在目前的形式下， 感測器在67天的時間內完全溶解於1％的鹽水溶液中。

目前， 感測器在完全浸沒在水中後， 繼續運轉一天。 這次足以監測從日本到歐洲的魚類運輸情況。 “但是通過調整聚合物的厚度來延長使用壽命比較容易， ”Salvatore說。 然而， 較厚的感測器將不那麼靈活。 電流感測器很薄， 即使它完全弄皺或折疊， 它仍然繼續工作。 即使拉伸約原始尺寸的10％， 感測器仍然保持未受損傷。

對於電源， 研究人員使用超薄， 可生物降解的鋅電纜將感測器連接到外部微型電池。 在相同的（不可生物降解的）晶片上有一個微處理器和一個發送器， 發送器通過藍牙將溫度資料發送到外部電腦。 這使得可以監測10到20米範圍內的產品的溫度。

生物感測器將變得不再是新鮮玩意

生物相容性微感測器的生產目前是一個非常耗時和昂貴的過程。

然而， Salvatore相信， 很快就可能為大眾市場生產這種感測器， 特別是印刷電子電路的方法越來越複雜。 Salvatore說：“一旦生物感測器的價格下降得足夠， 幾乎可以在任何地方使用。 ”感測器將提供物理和數位世界之間的聯繫， 將食品帶入“物聯網”。 它們的使用不限於溫度測量：可以部署類似的微型感測器來監測壓力， 氣體積聚和UV暴露。

Salvatore預測， 這些可生物降解的感測器將在5至10年內成為我們日常生活的一部分， 具體取決於行業所表現出的興趣。 當時， Salvatore解釋說， 電池， 處理器和變送器可能會集成到微型感測器中。 仍然需要更多的研究， 才能使用這些元件， 而不用擔心人體健康或環境。 因此， 該團隊目前正在尋找生物相容的能量來為其感測器供電。

https://www.sciencedaily.com/releases/2017/09/170928094208.htm

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