Een eetbare transistor op basis van tandpasta

Een op tandpasta gebaseerde transistor is de nieuwste innovatie van het onderzoeksteam van het Istituto Italiano di Tecnologia (IIT-Italiaans Instituut voor Technologie) in Milaan, dat de grenzen van eetbare elektronica verlegt. Dit innovatieve nano-apparaat zal naar verwachting een belangrijk onderdeel worden van toekomstige slimme pillen, ontworpen om de gezondheidstoestand van binnenuit het lichaam te monitoren en vervolgens veilig op te lossen na voltooiing van hun functie. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het dagboek Geavanceerde wetenschap.

Verschillende commerciële tandpastaformules bevatten kristallen van koperftalocyanine, een blauw pigment dat als bleekmiddel werkt. Deze substantie wordt op de tanden afgezet en functioneert als een optisch filter om hun witheid te verbeteren.

Gedurende de dag wordt koperftalocyanine geleidelijk verwijderd via speeksel en ingenomen. Het onderzoeksteam van het Centrum voor Nanowetenschap en Technologie (CNST) van het IIT in Milaan (Italië) onderzocht de eigenschappen van deze substantie in samenwerking met een tandheelkundig onderzoeker van de Universiteit van Novi Sad in Servië. Door middel van laboratoriumsimulaties en analyse van bestaande klinische gegevens, stelden ze vast dat mensen gemiddeld onbedoeld ongeveer 1 milligram koperftalocyanine binnenkrijgen elke keer dat ze hun tanden poetsen.

“Met de hoeveelheid koperftalocyanine die we dagelijks binnenkrijgen, zouden we theoretisch ongeveer 10.000 eetbare transistors kunnen produceren”, zegt Elena Feltri, hoofdauteur van het artikel en promovendus aan het CNST van het IIT in Milaan.

Een interessant aspect van dit pigment is de chemische structuur, die de geleiding van ladingen binnen de kristallen vergemakkelijkt. Hierdoor is koperftalocyanine een uitstekende kandidaat voor gebruik als halfgeleider in organische elektronische toepassingen.

Het onderzoeksteam integreerde kleine hoeveelheden van dit nieuwe ingrediënt als halfgeleider in een reeds getest recept voor het bouwen van eetbare circuits. De circuits zijn geconstrueerd op een ethylcellulosesubstraat, met elektrische contacten geprint met behulp van inkjettechnologie en een oplossing van gouddeeltjes, die veel worden gebruikt in culinaire decoratie.

Een ‘poort’ gemaakt van een elektrolytische gel op basis van chitosan (een geleermiddel van voedingskwaliteit, afkomstig van schaaldieren zoals blauwe krabben) zorgt ervoor dat de transistor kan werken bij een lage spanning van minder dan 1 volt.

Deze eetbare transistor werd ontwikkeld in het Printed and Molecular Electronics laboratorium onder leiding van Mario Caironi en volgt op de uitvinding van een eetbare batterij door dezelfde groep vorig jaar. Caironi’s lab is gewijd aan het onderzoeken van de elektronische eigenschappen van voedsel en zijn derivaten, met als doel eetbare elektronische apparaten te ontwikkelen voor toekomstige toepassingen in de gezondheidszorg en kwaliteitscontrole binnen de voedingsindustrie. Bovendien is zijn team sinds 2021 betrokken bij het Europese RoboFood-project, dat als doel heeft eetbare robots te ontwikkelen.

De volgende stap van de onderzoeksgroep is het identificeren van andere eetbare stoffen met geschikte chemische en fysische eigenschappen. Hiermee willen ze een intelligent, eetbaar elektronisch apparaat creëren dat kan worden gebruikt voor toepassingen in de gezondheidszorg, zoals het monitoren van lichaamsparameters in het maag-darmkanaal.