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上海智能电子有限公司

用于食品监测的可生物降解微传感器

2019-05-27

  如今,微传感器已经用于许多不同的应用,例如有毒气体的检测。它们还集成到微型发射器/接收器系统中,例如普遍存在的RFID芯片。然而,由于传感器通常含有对环境和人类健康有害的贵金属,因此它们不适用于涉及直接接触人体或包含在食品中的医疗应用。因此,在开发由可生物降解的无毒材料制成的微传感器方面,在研究和工业中都存在高度的兴趣。

  镁丝和可堆肥聚合物

  由电子实验室博士后Giovanni Salvatore领导的研究小组一直与其他ETH研究所的科学家合作开发用于温度测量的可生物降解微传感器。他们刚刚在科学期刊Advanced Functional Materials中报告了他们的发现。通过将由镁,二氧化硅和氮化物制成的超细紧密缠绕的电丝封装在可堆肥聚合物中来产生生物相容性微传感器。镁是我们饮食中的重要组成部分,而二氧化硅和氮化物具有生物相容性并可在水中溶解。所述聚合物由玉米和马铃薯淀粉制成,其组成符合欧盟和美国食品法规。

  在Tröster教授团队工作的博士后研究人员Giovanni Salvatore确信这些可生物降解的微传感器有着光明的未来。例如,他列举了一个潜在的应用:“为了准备运输到欧洲,来自日本的鱼可以安装微型温度传感器,允许它们被连续监测,以确保它们保持足够冷的温度。” 这需要适用于食品的传感器,并且不会对消费者健康构成威胁。传感器还需要小巧,坚固且足够灵活,以便在装满鱼或其他食品的容器中存活。

  比单根发丝更薄

  研究人员开发的传感器厚度仅为16微米,比人类头发(100微米)薄得多,而且长度只有几毫米,重量不超过一毫克。在目前的形式中,传感器在67天的过程中完全溶解在百分之百的盐水溶液中。目前,当传感器完全浸没在水中时,传感器继续运行一天。这一次足以监测从日本到欧洲的一批鱼。“但通过调整聚合物的厚度来延长使用寿命相对容易,”Salvatore说。然而,较厚的传感器不太灵活。电流传感器非常薄,即使完全折皱或折叠也能继续工作。即使拉伸约10%的原始尺寸,

  对于电源,研究人员使用超薄可生物降解的锌电缆将传感器连接到外部微电池。在相同的(不可生物降解的)芯片上有一个微处理器和一个发送器,通过蓝牙将温度数据发送到外部计算机。这使得可以在10至20米的范围内监测产品的温度。

  生物传感器将变得司空见惯

  生产生物相容性微传感器目前是一个非常耗时且昂贵的过程。然而,Salvatore相信很快就可以为大众市场生产这种传感器,特别是随着印刷电子电路的方法变得越来越复杂。“一旦生物传感器价格下降,它们几乎可以在任何地方使用,”Salvatore说。传感器将提供物理和数字世界之间的联系,将食品带入“物联网”。它们的使用不仅限于温度测量:可以使用类似的微传感器来监测压力,气体积聚和紫外线照射。

  Salvatore预测,这些可生物降解的传感器将在5到10年内成为我们日常生活的一部分,具体取决于行业所显示的兴趣水平。Salvatore解释说,到那时,电池,处理器和发射器可能会集成到微传感器中。在不考虑人类健康或环境的情况下使用这些组件之前,仍然需要进行更多的研究。因此,该团队正在寻找生物相容性能源来为其传感器供电。

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