EO

Bio-microsensor voor appels en vis

02 oktober 2017 om 12:18 uur

De bio-microsensor is slechts 16 µm dik en weegt bij een lengte van een paar mm maar een fractie van een milligram.

Een nieuwe generatie sensoren moet het Internet of Things uitbreiden naar de voedingsmiddelensector. Onderzoekers van de Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH) hebben een flinterdunne temperatuursensor ontwikkeld, die onschadelijk voor de gezondheid en biologisch afbreekbaar is.


Microsensoren worden nu al op grote schaal toegepast, bijvoorbeeld om giftige gassen te detecteren. Ook in kleine zender-ontvanger-systemen zoals RFID-chips worden ze ingebouwd.

Omdat zulke sensoren echter vaak edelmetalen bevatten die schadelijk zijn voor het milieu of de gezondheid, zijn ze niet geschikt voor medische toepassingen met direct contact met het lichaam of voor het aanbrengen op levensmiddelen.

 

Om deze reden is er grote belangstelling vanuit onderzoek en industrie voor microsensoren uit niet-toxische materialen die biologisch afbreekbaar zijn.

 

Magnesiumdraad in composteerbaar polymeer

Een team van onderzoekers van verschillende instituten aan de ETH ontwikkelde zo'n bio-microsensor voor temperatuurmeting. Voor de bio-microsensoren lasten ze een superfijne, strak gewonden elektrokabel uit magnesium, siliciumdioxide en -nitride in een composteerbaar polymeer.

Magnesium is een belangrijk bestanddeel van onze voeding siliciumdioxide en -nitride zijn biologisch compatibel en oplosbaar in water. Het gebruikte polymeer wordt vervaardigd uit mais- en aardappelzetmeel en voldoet aan de Europese en Amerikaanse richtlijnen voor gebruik in de levensmiddelensector.

 

De onderzoekers zijn er van overtuigd dat zulke bio-microsensoren een grote toekomst tegemoet gaan. Zo zouden vissen uit Japan voor het transport naar Europa kunnen worden voorzien van nietige temperatuursensoren. Daardoor zou continu kunnen worden bewaakt of ze voldoende zijn gekoeld.

Daarvoor zijn sensoren nodig die op levensmiddelen zijn aangebracht en geen gevaar vormen voor de gezondheid van de consumenten. Opdat de sensoren in containers vol vis of andere voedingsmiddelen kunnen worden gebruikt, moeten ze bovendien klein, robuust en flexibel zijn.

 

Dunner dan een haar

De door de Zwitserse onderzoekers ontwikkelde sensor is slechts 16 micrometer dik, wezenlijk dunner dan een haar (100 micrometer) en weegt bij een lengte van een paar millimeter slechts een fractie van een milligram. In zijn huidige vorm is de sensor in een 1% zoutoplossing na 67 dagen volledig opgelost.

 

Hij blijft een dag lang functioneel, want zo lang duurt het voordat het wasser in het polymeer is gediffundeerd en de draad van de sensor heeft opgelost. Dat zou voldoende zijn om bijvoorbeeld een partij vis van Japan naar Europa te bewaken.

 

De onderzoekers kunnen de levensduur echter relatief gemakkelijk aanpassen door middel van 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 gekoppeld 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. De onderzoekers zijn er echter van overtuigd dat de sensoren ooit kunnen worden gemaakt voor de massamarkt. Dat geldt 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. Daarbij hoeft het niet bij temperatuurmetingen te blijven; vergelijkbare sensoren zouden druk, gasontwikkeling en UV-straling kunnen meten.

 

De onderzoekers voorspellen dat we de eerste van zulke biologisch afbreekbare sensoren in vijf tot tien jaar in het dagelijks leven kunnen aantreffen, afhankelijk van de belangstelling van de industrie. Tegen die tijd zouden 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 daarom nu een bio-compatibele voeding voor zijn sensor.

 

Gerelateerd nieuws

FME en GMV vragen aandacht Tweede Kamer voor gevolgen Coronavirus

FME en GMV vragen aandacht Tweede Kamer voor gevolgen Coronavirus

Op donderdag 26 maart is er weer een Kamerdebat over het Coronavirus en de te treffen maatregelen. Zowel FME als GMV, de organisatie voor machinebouwers voor de voedselproducerende sector, hebben brieven ingediend waarin…

Een sensor als een zeehond. Of een vis (video)

Een sensor als een zeehond. Of een vis. (video)

Onderzoeker Ajay Kottapalli maakt aan de RUG nieuwe sensoren van zachte polymeren. Zijn inspiratie haalt hij uit de natuur.

Grafiet nanoplaatjes op medische apparaten doden bacteriën en voorkomen infecties

Grafiet nanoplaatjes op medische apparaten doden bacteriën en voorkomen infecties

In plastic medische oppervlakken geïntegreerde grafiet-nanoplaatjes kunnen infecties voorkomen, waarbij 99,99 procent van de bacteriën die zich proberen te hechten wordt gedood - een goedkope en haalbare potentiële…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

1 april 2020, online: additiveworld.com

Additive World Conference

Industrieel 3D-printconferentie

9 april 2020, Vianen

Machineveiligheid in een dag

9 en 16 april 2020 (avond) 1 dag of 2 avonden 09.00-16.00 uur incl. lunch of 17.00-21.30 uur incl....

22 april 2020, Vianen

Masterclass Machineveiligheid XL

22, 23, 29, 30 april 2020

Meer agendapunten »