科學家利用牙膏增白劑製造出可食用電晶體
一種不起眼的牙膏添加劑為可食用電子產品領域的重大突破提供了關鍵。 研究人員利用酞菁銅成功製造出第一個完全可食用的電晶體–酞菁銅是一種結晶藍色顏料,通常用作牙膏配方中的增白劑。
雖然酞菁銅目前尚未獲準直接用於食品,但研究小組指出,十多年來的證據表明,在牙膏產品中使用酞菁銅是安全的。
研究人員也計算出,一個人每次刷牙平均會攝取約1 毫克的酞菁銅。 這個微量理論上可以生產出數千個微小的可食用電晶體,每個電晶體只需要80 毫微克的這種化合物。 關鍵在於酞菁銅可以充當半導體,而這正是電晶體工作所需的關鍵特性。
論文的第一作者埃萊娜-費爾特里(Elena Feltri)說:”以我們每天攝入的酞菁銅量,理論上我們可以製造大約1萬個可食用的晶體管。”
有了對他們有利的理論依據,科學家開始製造他們的可食用電晶體。 他們將銅酞菁整合到他們之前設計的可食用電路中。 該電路採用了乙基纖維素、金顆粒和殼聚醣(一種從甲殼類動物貝殼中提取的製劑)等可食用材料。
這種分層電路是透過噴墨列印製程製造的,每個可食用元件都精確地沉積在下一個元件之上。 值得注意的是,當使用特殊電晶體時,這種電路在低於1V 的低電壓下穩定工作了一年多。
能夠製造出完全可食用的工作電晶體,是可食用電子學領域的重要里程碑。 迄今為止,研究人員已經提出了感測器、電路元件甚至電池等可食用元件,但要開發出控制這些元件的關鍵”大腦”晶體管卻十分困難。
擁有可食用電晶體對於開發整個可食用電子系統至關重要,這些系統可被安全攝入以監測健康狀況或提供治療。
一種可能的應用是可攝取的診斷和治療平台,這種平台可以在胃腸道中穿行,正如湯姆的硬體公司(Tom’s Hardware)提出的建議。 雖然現在已經有了膠囊內視鏡相機,但它們僅限於基本成像。 理論上,可食用電子系統還可以分析生物標誌物,甚至有可能釋放治療有效載荷–所有這些都由可食用晶體管大腦控制。
這種設備最終可以變得足夠經濟實惠,無需複雜的醫療程序或準備工作,就能廣泛用於預防。
完整的研究論文發表在《先進科學》雜誌。