30/09/2017
Door Ad Spijkers
Een nieuwe generatie sensoren moet het Internet of Things uitbreiden naar de voedingsmiddelensector. Onderzoekers van de ETH Zürich hebben een flinterdunne temperatuursensor ontwikkeld, die onschadelijk voor de gezondheid en biologisch afbreekbaar is.
Microsensoren worden al op grote schaal toegepast, bijvoorbeeld om giftige gassen te detecteren. Ook worden ze ingebouwd in kleine zender-ontvanger-systemen zoals RFID-chips. Dergelijke sensoren bevatten vaak edelmetalen bevatten die schadelijk zijn voor milieu of gezondheid en daarom zijn deze sensoren niet geschikt voor medische toepassingen of voor voedingsmiddelen. Daarom is er grote belangstelling voor microsensoren uit biologisch afbreekbare, niet-toxische materialen.
Magnesiumdraad in composteerbaar polymeer
Een team van onderzoekers van verschillende instituten aan de Eidgenössische Technische Hochschule Zürich ontwikkelde zo'n bio-microsensor voor temperatuurmeting. Hiertoe lasten ze een strak gewonden ultradunne kabel uit magnesium, siliciumdioxide en -nitride in een composteerbaar polymeer. Het polymeer uit mais- en aardappelzetmeel voldoet aan de Europese en Amerikaanse richtlijnen voor gebruik in de voedingsmiddelensector.
De door de Zwitserse onderzoekers ontwikkelde sensor is slechts 16 µ mm dik, wezenlijk dunner dan een haar (100 µm) en weegt bij een lengte van een paar mm slechts een fractie van 1 mg. In zijn huidige vorm is de sensor in een 1% zoutoplossing na 67 dagen volledig opgelost. De levensduur is echter relatief gemakkelijk aan te passen via de polymeerdikte. Maar een dikkere sensor zou minder flexibel zijn. De huidige sensor functioneert zelfs nog wanneer hij compleet wordt verfrommeld of gevouwen. Ook is hij bestand tegen trekkrachten tot een rek van 10% van de originele grootte.
Voor de voeding hebben de onderzoekers de sensor met behulp van ultradunne, biologisch afbreekbare zinkkabels verbonden aan een externe microbatterij. Op diezelfde (niet biologisch afbreekbare) chip bevinden zich een microprocessor en een zender die de temperatuurdata via Bluetooth naar een externe computer stuurt. Hierdoor kan de temperatuur van een product over een afstand van 10 m tot 20 m continu worden bewaakt.
Biosensoren vanaf de rol
Momenteel is de productie van de bio-microsensor nog tijdrovend en kostbaar. Volgens de onderzoekers zullen ze echter geschikt worden voor massaproductie, met name doordat de drukmethoden voor elektronica steeds beter worden. Als de biosensoren eenmaal goedkoop genoeg zijn, zou men ze praktisch overal op kunnen bevestigen. Voedingsmiddelen kunnen daardoor onderdeel van het Internet of Things worden, waarmee de fysieke wereld met de digitale wereld wordt verbonden.
Volgens de onderzoekers kunnen we de eerste biologisch afbreekbare sensoren in vijf tot tien jaar in het dagelijks leven kunnen aantreffen. Tegen die tijd zullen batterij, processor en zender waarschijnlijk met de microsensor zijn geïntegreerd. Maar om ook deze componenten zonder bezwaar voor milieu en gezondheid toe te kunnen passen, is nog veel onderzoek nodig. Het team zoekt momenteel naar een bio-compatibele voeding voor zijn sensor.