Jadalna elektronika: jak wodorosty mogą zmienić technologię czujników biologicznych

Naukowcy z Uniwersytetu w Sussex pomyślnie przetestowali nowe biodegradowalne czujniki medyczne, które mogą zmienić sposób, w jaki korzystamy z osobistej opieki zdrowotnej i technologii monitorowania stanu naszego organizmu. Zespół z Sussex opracował nowe sensory — pokroju tych noszonych przez biegaczy lub pacjentów do kontroli tętna i temperatury — posiłkując się naturalnymi elementami, takimi jak sól kamienna, woda i wodorosty, w połączeniu z grafenem. Ponieważ są one wykonane wyłącznie ze składników występujących w przyrodzie, czujniki te są w pełni biodegradowalne, co czyni je bardziej przyjaznymi dla środowiska niż powszechnie stosowane alternatywy na bazie tworzyw sztucznych. Ich naturalny skład umieszcza je również w powstającym sektorze elektroniki jadalnej — urządzeń, które są bezpieczne dla człowieka po skonsumowaniu. Co więcej, naukowcy odkryli, że ich zrównoważone czujniki oparte na wodorostach faktycznie przewyższają pod względem czułości istniejące syntetyczne hydrożele i nanomateriały, stosowane w monitorach zdrowia do noszenia. A im bardziej czuły jest sensor, tym dokładniej rejestruje parametry życiowe osoby.



Pomysł wykorzystania wodorostów w urządzeniu do monitorowania zdrowia zrodził się, gdy główny naukowiec, dr Conor Boland, fizyk z Uniwersytetu w Sussex, oglądał telewizję podczas covidowej kwarantanny. Dr Boland, wykładowca fizyki materiałów w Szkole Nauk Matematycznych i Fizycznych, powiedział: „Po raz pierwszy zainspirowałem się do spożytkowania wodorostów w laboratorium po obejrzeniu programu MasterChef w czasie kwarantanny. Wodorosty użyte do zagęszczenia deserów nadają im miękkość i sprężystą strukturę — preferowane są przez wegan i wegetarian jako alternatywa dla żelatyny. Pomyślałem: >A co by było, gdybyśmy mogli to samo wykorzystać w technologii sensorów?<. Dla mnie jednym z najbardziej ekscytujących aspektów tego rozwoju jest to, że mamy czujnik, który jest zarówno w pełni biodegradowalny, jak i wysoce skuteczny. Masowa produkcja niezrównoważonej technologii medycznej opartej na gumie i tworzywach sztucznych może, jak na ironię, stanowić zagrożenie dla zdrowia ludzkiego poprzez mikroplastiki przedostające się do źródeł wody w miarę ich rozkładu. Jako rodzic uważam, że moim obowiązkiem jest upewnienie się, że prowadzone badania umożliwią organizację czystszego świata dla wszystkich naszych dzieci” — podsumował.

Wodorosty są przede wszystkim izolatorem, ale dodając krytyczną ilość grafenu do mieszanki, naukowcom udało się stworzyć film, który po namoczeniu w kąpieli solnej szybko wchłania wodę, formułując miękki, gąbczasty hydrożel przewodzący prąd elektryczny.



Rozwój tych materiałów może zrewolucjonizować technologię monitorowania zdrowia. To, dlatego, że przyszłe zastosowania czujników do noszenia klasy klinicznej będą wyglądać jak druga skóra lub tymczasowy tatuaż: są lekkie, łatwe w aplikacji i bezpieczne, ponieważ są wykonane w pełni z naturalnych składników. To znacznie poprawiłoby ogólne wrażenia pacjenta, eliminując potrzebę odwoływania się do częściej używanych i potencjalnie inwazyjnych instrumentów szpitalnych, kabli i przewodów.

Dr Sue Baxter, dyrektor ds. innowacji i partnerstw biznesowych na Uniwersytecie w Sussex, jest podekscytowana potencjalnymi korzyściami płynącymi z tej technologii. „Na Uniwersytecie Sussex jesteśmy zaangażowani w ochronę przyszłości planety poprzez badania nad zrównoważonym rozwojem, wiedzę specjalistyczną i innowacje. To, co jest tak budujące w tym opracowaniu dr. Conora Bolanda i jego zespołu, to to, że całość wydaje się całkowicie zrównoważona, przystępna cenowo i wysoce skuteczna — lepsza niż syntetyczne alternatywy” — mówi. „To, co jest również niezwykłe na tym etapie badań — i myślę, że świadczy to o skrupulatnej pracy u podstaw, jaką dr Boland i jego ekipa wykonali podczas tworzenia swojego planu — to to, że jest to coś więcej niż sam dowód rozwoju zasad. Nasi naukowcy z Sussex stworzyli urządzenie, które ma realny przemysłowy potencjał przemiany w produkt, z którego ty czy ja moglibyśmy skorzystać w stosunkowo niedalekiej przyszłości” — podsumowuje Baxter.

Ten najnowszy przełom nastąpił po opublikowaniu planu rozwoju nanomateriałów, opracowanego przez naukowców z Sussex w 2019 roku. Przedstawiono w nim metodę, którą badacze powinni podążać, aby zoptymalizować postęp czujników tego typu.

Głównym autorem pracującym nad odkryciami pod kierunkiem dr. Bolanda był Kevin Doty, jego student studiów magisterskich w Szkole Nauk Matematycznych i Fizycznych na Uniwersytecie w Sussex. „Wcześniej uczyłem się chemii, ale zdecydowałem, że chcę dowiedzieć się więcej o nanonauce. Moje ryzyko się opłaciło i nie tylko podobało mi się bardziej, niż się spodziewałem, ale także miałem okazję wykorzystać zdobyte informacje, aby zacząć pracować nad nowatorskim pomysłem, który przekształcił się w autorską publikację studenta studiów magisterskich” — komentuje Doty. „Kształcenie się w obrębie nanonauki pokazało mi, jak zróżnicowany i multidyscyplinarny jest to sektor. Każde doświadczenie naukowe może przynieść wiedzę, którą można zastosować w tej dziedzinie w wyjątkowy sposób” — dodaje. Doprowadziło go to dalej — do studiów doktoranckich — otwierających przed Dotym całą nową ścieżkę kariery, której wcześniej nie mógł nawet wziąć pod uwagę, jak sam zauważa.

Artykuł: „Food-inspired, high sensitivity piezoresistive graphene hydrogels” („Inspirowane żywnością piezorezystancyjne hydrożele grafenowe o wysokiej czułości”) został niedawno opublikowany w czasopiśmie: „ACS Sustainable Chemistry & Engineering”.

Źródło: https://techxplore.com/news/2023-03-edible-electronics-seaweed-skin-health.html