L'elettronica commestibile tatuata sul cibo potrebbe aiutarti a monitorare la tua salute

I tatuaggi trasferibili, o trasferimenti di decalcomanie, sono una parte familiare dell'infanzia e del design industriale. La tecnologia è semplice. I transfer sono costituiti da una sottile pellicola di polimero di etilcellulosa incollata su un foglio di carta mediante uno strato sacrificale di amido solubile in acqua o destrina.

Posizionando il trasferimento in acqua si dissolve lo strato sacrificale, consentendo il trasferimento del foglio di etilcellulosa sulla pelle umana o su numerosi altri oggetti. Una proprietà chiave della pellicola polimerica di etilcellulosa è che può trasportare un'immagine o un testo creato utilizzando la stampa a getto d'inchiostro convenzionale.

Ciò ha acceso l'immaginazione di un team guidato da Giorgio Bonacchini presso l'Instituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova, in Italia. Questi ragazzi hanno stampato componenti elettronici organici su carta transfer e poi hanno testato le proprietà dei circuiti risultanti. Hanno persino trasferito i circuiti su oggetti commestibili come pillole farmaceutiche e pezzi di frutta.

I dispositivi elettronici che operano all'interno del tubo digerente non sono affatto nuovi. Per molti anni, i professionisti del settore medico hanno avuto accesso a pillole contenenti dispositivi elettronici come fotocamere e batterie.

Ma questi dispositivi sono realizzati esclusivamente con componenti a base di silicio che sono costosi e poco flessibili. Al contrario, gli scienziati dei materiali hanno compiuto progressi molto recenti nello sviluppo di polimeri conduttori che possono essere stampati a getto d'inchiostro in potenti dispositivi elettronici come i display in plastica.

Bonacchini e la società utilizzano la stessa tecnica di stampa a getto d'inchiostro per creare circuiti elettronici su carta transfer.

Naturalmente, una questione importante è la biocompatibilità dei dispositivi risultanti. Bonacchini ei suoi colleghi sottolineano che la pellicola di etilcellulosa è stata a lungo utilizzata come rivestimento commestibile su cose come le pillole farmaceutiche.

Ma i circuiti hanno altri componenti; ad esempio, i transistor contengono materiali metallici. Si pensa che l'argento sfuso sia bioinerte e abbia una dose dietetica raccomandata di 350 microgrammi al giorno per qualcuno che pesa circa 155 libbre. Un singolo transistor richiede solo quattro microgrammi di argento, quindi i circuiti semplici dovrebbero contenere ben al di sotto del limite giornaliero.

Tuttavia, l'argento viene stampato in forma di nanoparticelle e quindi sinterizzato per creare uno strato continuo. Bonacchini e la società presumono che questo sarà biocompatibile, sulla base di altre ricerche con nanoparticelle d'argento, ma che presumibilmente avrà bisogno di conferme in futuro.

Il team utilizza anche quattro diversi polimeri semiconduttori, tra cui il poli(3-esiltiofene) o P3HT, e il polistirene, che sono noti per essere biocompatibili. Gli altri due polimeri, 29-DPP-TVT e P(NDI2OD-T2), sono stati sviluppati solo di recente e non sono ancora stati testati per la biocompatibilità.

Sebbene questi siano usati in quantità di picogrammi, sollevano comunque ovvi interrogativi sulla biocompatibilità. Bonacchini ei suoi colleghi lo sanno bene e si stanno assumendo il compito di valutare come i polimeri interagiscono con il corpo umano. I risultati sono stati finora positivi, ma sono necessarie ulteriori ricerche.

Il team utilizza questi materiali per stampare una varietà di transistor organici a effetto di campo e inverter logici su carta trasferibile; quindi ne verifica le proprietà.

I risultati sollevano alcune sfide. Ad esempio, il processo di trasferimento espone i circuiti all'aria, alla luce e all'acqua, che sembra drogare lo strato P3HT attivo in modi indesiderati.

Ma il team è stato in grado di mitigare questo effetto in una certa misura miscelando i polimeri attivi con semiconduttori più stabili. Ciò riduce l'effetto del processo di trasferimento, ma la stabilità del dispositivo finale è estremamente sensibile alla stabilità del materiale attivo durante il processo di trasferimento.

Tuttavia, il team è fiducioso che questi problemi possano essere superati e che il lavoro sia una dimostrazione di principio per una nuova generazione di elettronica commestibile. Questo risultato apre la strada alla realizzazione di robusti circuiti complementari, affermano i ricercatori. Questo sistema costituisce una piattaforma semplice e versatile per l'integrazione di circuiti organici completamente stampati su prodotti alimentari e farmaceutici.

La tecnologia potrebbe anche essere digeribile, il che significa che è meno probabile che i componenti si accumulino nel corpo nel tempo.

Tutto sommato, questo è un lavoro eccitante. Questi circuiti potrebbero monitorare la maturazione della frutta o la commestibilità di altri prodotti deperibili per tutta la loro vita. Potrebbero anche somministrare farmaci in circostanze specifiche o eseguire test di vario tipo all'interno del tubo digerente.

Naturalmente, resta ancora molto lavoro da fare, in particolare sulle batterie commestibili che potrebbero fornire l'energia per questo tipo di circuiti. Sono inoltre necessari studi clinici per garantire la biocompatibilità.

Ma il futuro dell'elettronica commestibile sembra, beh, gustoso.

Rif: arxiv.org/abs/1802.00371 : Trasferimento di carta per tatuaggi come piattaforma versatile per elettronica commestibile organica interamente stampata

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