Wissenschaft: Forscher entwickeln wasserlösliche Chips

Vergängliche Elektronik nennen US-Forscher ihre Entwicklung: Implantate und Sensoren für die Umwelt, die sich bei Kontakt mit Wasser oder Körperflüssigkeiten auflösen. Sie haben unter anderem einen lösbaren Sensor für eine Digitalkamera konstruiert.

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Vergängliche Elektronik: künftig kein Elektronikschrott mehr?
Vergängliche Elektronik: künftig kein Elektronikschrott mehr? (Bild: Beckman Institute/University of Illinois/Tufts University)

Implantierte Sensoren können Ärzten einen guten Einblick in die Vorgänge im Körper bieten. Doch was in den Körper eingesetzt wird, muss auch irgendwie wieder herausgeholt werden. Wissenschaftler in den USA haben eine Alternative entwickelt: Sensoren mit begrenzter Lebensdauer. Kommen die Chips mit Wasser oder Körperflüssigkeit in Kontakt, lösen sie sich nach einer bestimmten Zeit auf.

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Trägermaterial für einen solchen Chip ist Seide. Als Leitermaterial biete sich Magnesium an, das sich in Kontakt mit Wasser auflöse, erklärt John Rogers von der Universität des US-Bundesstaates Illinois in Urbana-Champaign. Halbeiter fertigten die Forscher aus sehr dünnem Silizium. Die Isolatoren bestehen aus Magnesiumoxid oder Siliziumdioxid. Das Ganze wird schließlich umhüllt mit einem aus Seide gewonnenen Protein. Von dessen Beschaffenheit hängt es ab, wie schnell sich der Chip auflöst - das kann Minuten, Tage, möglicherweise sogar Jahre dauern.

  • Vergängliche Elektronik: Chips lösen sich auf, ... (Foto: Fiorenzo Omenetto/Tufts University)
  • ... wenn sie mit Wasser oder... (Foto: Beckman Institute/University of Illinois/Tufts University)
  • ... Körperflüssigkeiten in Kontakt kommen. (Foto: Beckman Institute/University of Illinois/Tufts University)
  • Das Implantat, das einer Ratte eingesetzt wurde, hatte sich nach zwei Wochen weitgehend aufgelöst. (Foto: Beckman Institute/University of Illinois/ Tufts University)
Vergängliche Elektronik: Chips lösen sich auf, ... (Foto: Fiorenzo Omenetto/Tufts University)

Aus diesen Materialien ließen sich Transistoren, Dioden, Spulen, integrierte Schaltkreise, Temperatur- und Belastungssensoren, Fotozellen und Solarzellen konstruieren, sagt Rogers. Die Forscher haben unter anderem einen 64-Pixel-Chip für eine Digitalkamera und ein Implantat, das eine Operationswunde überwacht, gebaut. Das Implantat wurde an einer Ratte erfolgreich getestet - nach zwei Wochen waren nur noch einige Seidenfasern übrig, die sich langsamer auflösen.

"Transient Electronics", vergängliche Elektronik, nennen die Forscher ihre Entwicklung, die sie in der Fachzeitschrift Science beschreiben. Die nächstliegende Anwendungsmöglichkeit sei die Medizin, sagt Rogers: Ein Chip könne beispielsweise in eine Operationswunde eingesetzt werden, um den Heilungsprozess zu überwachen oder zu beschleunigen. Sei die Aufgabe erledigt, löse sich der Chip auf.

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Eine andere Möglichkeit seien Sensoren, die in der Umwelt ausgebracht werden, etwa um ausgetretene Chemikalien zu beobachten. Wenn diese entfernt sind, sollen auch die Sensoren wieder verschwinden - indem sie sich auflösen. Für den Körper sei das ebenso wie für die Umwelt ungefährlich, sagen die Forscher.

Schließlich könnten lösliche Chips das Problem des Elektronikschrotts lösen: Geräte wie Smartphones, die meist nur wenige Jahre in Gebrauch sind und dann ausgetauscht werden, könnten aus Komponenten gebaut werden, die sich nach einigen Jahren auflösen.

An dem Projekt waren neben Rogers' Team zudem Forscher der Northwestern-Universität in Evanston, Illinois, und der Tufts-Universität in Medford im US-Bundesstaat Massachusetts beteiligt. Das Tufts-Team um Fiorenzo Omenetto arbeitet schon länger an Implantaten aus Seide und Silizium. Die Wissenschaftler um Rogers haben kürzlich Wundfäden mit integrierten Sensoren sowie einen Sensor vorgestellt, der über den Finger gezogen das Tastvermögen verbessern soll. Im vergangenen Jahr präsentierte Rogers Sensoren, die auf die Haut aufgeklebt und später wieder abgezogen werden.

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