一种不起眼的牙膏添加剂为可食用电子产品领域的重大突破提供了关键。 研究人员利用酞菁铜成功制造出首个完全可食用的晶体管--酞菁铜是一种结晶蓝色颜料,通常用作牙膏配方中的增白剂。
虽然酞菁铜目前尚未获准直接用于食品,但研究小组指出,十多年来的证据表明,在牙膏产品中使用酞菁铜是安全的。
研究人员还计算出,一个人每次刷牙平均会摄入约 1 毫克的酞菁铜。 这一微量理论上可以生产出数千个微小的可食用晶体管,每个晶体管只需要 80 毫微克的这种化合物。 关键在于酞菁铜可以充当半导体,而这正是晶体管工作所需的关键特性。
该论文的第一作者埃莱娜-费尔特里(Elena Feltri)说:"以我们每天摄入的酞菁铜量,理论上我们可以制造大约1万个可食用的晶体管。"
有了对他们有利的理论依据,科学家们开始制造他们的可食用晶体管。 他们将铜酞菁集成到他们之前设计的可食用电路中。 该电路采用了乙基纤维素、金颗粒和壳聚糖(一种从甲壳类动物贝壳中提取的制剂)等可食用材料。
这种分层电路是通过喷墨打印工艺制造的,每个可食用元件都精确地沉积在下一个元件之上。 值得注意的是,当使用特殊晶体管时,这种电路在低于 1V 的低电压下稳定工作了一年多。
能够制造出完全可食用的工作晶体管,是可食用电子学领域的一个重要里程碑。 迄今为止,研究人员已经提出了传感器、电路元件甚至电池等可食用元件,但要开发出控制这些元件的关键"大脑"晶体管却十分困难。
拥有可食用晶体管对于开发整个可食用电子系统至关重要,这些系统可被安全摄入以监测健康状况或提供治疗。
一种可能的应用是可摄取的诊断和治疗平台,这种平台可以在胃肠道中穿行,正如汤姆的硬件公司(Tom's Hardware)提出的建议。 虽然现在已经有了胶囊内窥镜照相机,但它们仅限于基本成像。 理论上,可食用电子系统还可以分析生物标志物,甚至有可能释放治疗有效载荷--所有这些都由可食用晶体管大脑控制。
这种设备最终可以变得足够经济实惠,无需复杂的医疗程序或准备工作,就能广泛用于预防。
完整的研究论文发表在《先进科学》杂志上。