Mundgerechte Mikrochips: Zahnpasta als Schlüssel zur essbaren Elektronik
(Bild: New Africa / Shutterstock.com )
Zahnpasta macht mehr als weiße Zähne. Forscher nutzen ein Pigment für essbare Transistoren. Könnte das die Medizin revolutionieren?
Ein Forscherteam des Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) in Mailand hat essbare Transistoren auf der Basis eines Farbstoffs entwickelt, der in vielen Zahnpastamarken enthalten ist. Die Ergebnisse ihrer Studie wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Advanced Science veröffentlicht.
Zahnpasta-Pigment als Halbleitermaterial
Der verwendete Farbstoff ist Kupferphthalocyanin (CuPc), ein blaues Pigment, das als optischer Aufheller in Zahnpasten verwendet wird. Es lagert sich auf den Zähnen ab und lässt sie weißer erscheinen. Im Laufe des Tages wird es durch den Speichel wieder entfernt und unbemerkt verschluckt.
Die Forscher um Elena Feltri vom Center for Nano Science and Technology (CNST) des IIT haben die Eigenschaften von CuPc untersucht. Mithilfe von Simulationen und der Analyse klinischer Daten konnten sie zeigen, dass die täglich über die Zahnpasta aufgenommene Menge von etwa 1 mg unbedenklich ist.
Essbare Transistoren bei niedriger Spannung
Gleichzeitig entdeckten sie, dass sich die chemische Struktur von CuPc hervorragend als Halbleitermaterial für die organische Elektronik eignet. Das Team integrierte den Farbstoff in winzigen Mengen in ein bereits erprobtes Rezept für essbare Schaltkreise.
Sie druckten Goldkontakte auf ein Substrat aus Ethylcellulose und fügten ein "Gate" aus einem Chitosan-Gel hinzu. Chitosan ist ein Geliermittel, das aus den Schalen von Krebstieren gewonnen wird.
Auf diese Weise gelang es ihnen, voll funktionsfähige essbare Feldeffekttransistoren herzustellen, die bei Spannungen unter einem Volt funktionierten. Die Transistoren wiesen ein Ein-/Aus-Verhältnis von bis zu 1.000 auf und blieben unter normalen Umgebungsbedingungen ein Jahr lang stabil.
"Mit der Menge an Kupferphthalocyanin, die wir täglich konsumieren, könnten wir etwa 10.000 essbare Transistoren herstellen", erklärt Feltri, die Erstautorin der Studie.
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Mögliche Anwendungen: Messungen im Verdauungstrakt
Die Arbeit ist Teil eines größeren Forschungsprojekts am IIT, das sich mit essbarer Elektronik befasst. Unter der Leitung von Mario Caironi untersucht eine Gruppe die elektronischen Eigenschaften von Lebensmitteln und ihren Bestandteilen. Ziel ist es, essbare elektronische Geräte für medizinische Zwecke und zur Lebensmittelüberwachung zu entwickeln.
Denkbar wären zum Beispiel "intelligente Pillen", die nach dem Schlucken Gesundheitsparameter im Magen-Darm-Trakt messen und am Ende verdaut werden. Caironi sieht auch Anwendungen in der Lebensmittelindustrie, etwa bei der Qualitätskontrolle.