生物可分解微傳感器 用于食品監(jiān)測具潛力
學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界對于發(fā)展無害于環(huán)境與人體的微傳感器(Microsensor)都有高度興趣。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH Zurich)研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用鎂(Magnesium)、生物可分解(Biodegradable)的二氧化矽(Silicon Dioxide)與氮化物(Nitride),以及淀粉等制造符合歐盟與美國食品原料法規(guī)的生物可分解微傳感器,未來在食品監(jiān)測應(yīng)用將相當(dāng)廣泛。
據(jù)ETH Zurich報導(dǎo),微傳感器可支持各種應(yīng)用或集成至微型化傳輸器∕適配器系統(tǒng),如偵測有毒氣體、隨處可見的無線射頻辨識別(RFID)芯片等。但使用對環(huán)境與人體有害貴重金屬材質(zhì)的傳感器,并不適合需要直接接觸人體或食品的相關(guān)用途。
因此ETH Zurich電子學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究人員與其它學(xué)院的科學(xué)家,合作開發(fā)測量溫度的生物兼容微傳感器,并于Advanced Functional Materials科學(xué)期刊發(fā)表研究成果。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的溫度測量微傳感器可直接接觸食品,成為食品與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)之間不可或缺的鏈接。
此外,生物傳感器還可部署于監(jiān)測壓力、氣體累積與紫外線曝光量等應(yīng)用。根據(jù)產(chǎn)業(yè)界對生物可分解微傳感器感興趣的程度,研究團(tuán)隊(duì)預(yù)測在5~10年內(nèi),這類微傳感器將會大量應(yīng)用于日常生活中。
目前生物兼容微傳感器的制造過程耗時且成本高昂,但隨著印刷電路的技術(shù)日益精密,很快將能實(shí)現(xiàn)生物兼容微傳感器的大量生產(chǎn),而成本越低,應(yīng)用面就更廣。例如,為了確認(rèn)從日本出口至歐洲魚貨的鮮度,可預(yù)先在魚皮貼附測量溫度的生物可分解微傳感器,如此便能確認(rèn)運(yùn)送途中的質(zhì)量變化。
除了必須對消費(fèi)者的健康無虞,目前研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的的微傳感器,即使被完全折疊、壓皺或拉扯超過原本大小10%也能完好無損,仍可持續(xù)正常運(yùn)行。此外,微傳感器可在67天后完全溶解于濃度1%的食鹽溶液中,僅需調(diào)整高分子聚合物的厚度,便能相當(dāng)方便的延長傳感器運(yùn)行的時間,不過厚度會影響傳感器的可撓性。
傳感器的電源供應(yīng)是以生物可分解超薄鋅(Zinc)制纜線,外接集成在一顆非生物可分解芯片中的微型電池,芯片中還有微處理器及傳輸器,透過藍(lán)牙通訊將溫度資料傳輸至10~20公尺內(nèi)的外部計(jì)算機(jī)。未來若是電池、微處理器及傳輸器也能達(dá)到生物可分解,便可集成到微傳感器中。ETH Zurich研究團(tuán)隊(duì)已著手尋找生物兼容電池。
一根頭發(fā)直徑約100微米(Micrometre),ETH Zurich研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的微傳感器厚度僅16微米、長度僅數(shù)毫米(millimetre)、重量則不到1毫克(Milligram),把非常精細(xì)且緊密纏繞的鎂制導(dǎo)線、二氧化矽及氮化物,封裝于高分子聚合物,即使完全浸泡在水中,也能持續(xù)運(yùn)行達(dá)1天,足夠運(yùn)用于監(jiān)測從日本運(yùn)送到歐洲的魚貨。