Biosensoren

Essbare Superkondensatoren: Die Zukunft der ingestiblen Elektronik

Was sind essbare Superkondensatoren?

Essbare Superkondensatoren sind eine neue Art elektrischer Bauteile, die Energie speichern können. Im Gegensatz zu herkömmlichen Superkondensatoren, die aus Materialien wie Aluminium oder Graphen bestehen, werden essbare Superkondensatoren aus Lebensmittelzutaten wie Käse, Eiern, Gelatine und Gatorade hergestellt.

Wie werden essbare Superkondensatoren hergestellt?

Um einen essbaren Superkondensator herzustellen, mischen Forscher Eiweiß mit Kohlenstoffpellets, fügen dann Wasser und mehr Eiweiß hinzu. Sie tragen die Mischung auf ein Stück essbare Goldfolie auf. Anschließend schichten sie eine Scheibe Käse und ein Blatt Gelatine mit der mit Eiern und Kohlenstoff bedeckten Goldfolie übereinander. Darauf legen sie ein Quadrat getrockneten Seetangs, das mit Tropfen eines Energydrinks getränkt wurde. Sie stapeln weitere der gleichen Materialien übereinander und versiegeln sie in einer Versiegelungsmaschine.

Anwendungen von essbaren Superkondensatoren

Essbare Superkondensatoren haben ein breites Spektrum an potenziellen Anwendungen im medizinischen Bereich. Sie könnten beispielsweise verwendet werden, um winzige Kameras mit Strom zu versorgen, die geschluckt werden können, um Untersuchungsverfahren des Verdauungstrakts durchzuführen. Sie könnten auch verwendet werden, um bestimmte Nährstoffe oder Medikamente an bestimmte Bereiche des Darms abzugeben.

Vorteile von essbaren Superkondensatoren

Essbare Superkondensatoren haben gegenüber herkömmlicher ingestibler Elektronik mehrere Vorteile. Erstens sind sie völlig ungiftig. Zweitens müssen sie nicht über den Verdauungstrakt ausgeschieden werden, was ein Vorteil für Patienten ist, die Schwierigkeiten haben, Tabletten zu schlucken. Drittens können sie sehr klein gemacht werden, wodurch sie leichter zu schlucken sind.

Herausforderungen und zukünftige Richtungen

Eine der Herausforderungen bei der Entwicklung von essbaren Superkondensatoren ist ihre Größe. Derzeit sind die Geräte etwa so groß wie eine Ketchup-Packung. Forscher arbeiten an der Entwicklung kleinerer Geräte, die leichter geschluckt werden können.

Eine weitere Herausforderung besteht darin, essbare Superkondensatoren zu entwickeln, die über längere Zeiträume funktionieren können. Die aktuellen Geräte können nur wenige Stunden lang funktionieren, aber die Forscher arbeiten an der Entwicklung von Geräten, die Tage oder sogar Wochen lang funktionieren können.

Trotz dieser Herausforderungen haben essbare Superkondensatoren das Potenzial, das Feld der ingestiblen Elektronik zu revolutionieren. Sie bieten eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Geräten, und die Forscher machen Fortschritte bei der Bewältigung der Herausforderungen, vor denen ihre Entwicklung steht.

Zusätzliche Informationen

Die Forschung zu essbaren Superkondensatoren wurde in der Fachzeitschrift Advanced Materials Technologies veröffentlicht.
Das Forscherteam wurde von Professor Hanqing Jiang von der Arizona State University geleitet.
Es wurde gezeigt, dass essbare Superkondensatoren wirksam bei der Abtötung von E. coli-Bakterien sind.
Essbare Superkondensatoren könnten verwendet werden, um Medikamente an bestimmte Bereiche des Darms abzugeben.
Essbare Superkondensatoren befinden sich noch in der Entwicklung, haben aber das Potenzial, das Feld der ingestiblen Elektronik zu revolutionieren.

Geräteübersicht

Forscher haben ein bahnbrechendes Gerät entwickelt, das SARS-CoV-2, das Virus, das COVID-19 verursacht, innerhalb von fünf Minuten schnell in der Luft nachweisen kann. Dieser Proof-of-Concept-Detektor hat das Potenzial, die Art und Weise, wie wir luftgetragene Viren in öffentlichen Bereichen überwachen und handhaben, zu revolutionieren.

Das Gerät, bekannt als Nasszyklon-Aerosol-Probenahmegerät, verwendet ein einzigartiges Design, das von einem früheren Gerät inspiriert ist, das zur Detektion eines Proteins im Gehirn von Alzheimer-Patienten verwendet wurde. Es saugt Luft mit einer Rate von 1.000 Litern pro Minute an und verwirbelt sie wie ein Zyklon, um Viruspartikel in einer Flüssigkeitslösung einzufangen.

Nachweisverfahren

Nach fünf Minuten wird ein Biosensor aus einer Elektrode, die an Nanobodies gebunden ist, Immunsystemproteinen, die aus Lamas gewonnen werden, verwendet, um die Lösung zu analysieren. Diese Nanobodies haben eine bemerkenswerte Affinität zu den Spike-Proteinen von Coronaviren, wodurch sie die Anwesenheit des Virus nachweisen können.

Ein elektrischer Strom wird dann durch den Sensor geleitet, wodurch die Spike-Proteine Elektronen verlieren. Wenn ein zweiter Sensor diese Änderung erkennt, bestätigt das Gerät die Anwesenheit von SARS-CoV-2.

Genauigkeit und Anwendungen

In einer in Nature Communications veröffentlichten Studie zeigten die Forscher, dass das Gerät zu 77 bis 83 Prozent genau ist, wenn es darum geht, eine der Coronavirus-Varianten in der Luft nachzuweisen. Es konnte das Virus auch erfolgreich in den Wohnungen von zwei COVID-positiven Patienten innerhalb von nur fünf Minuten nachweisen.

Das Gerät könnte weitreichende Anwendungen im Gesundheitswesen und im öffentlichen Gesundheitswesen haben. Es könnte zur Suche nach dem Virus in Krankenhäusern, Einkaufszentren, Flughäfen und anderen öffentlichen Orten eingesetzt werden und so dazu beitragen, Bereiche mit hohem Risiko zu identifizieren und Maßnahmen zur Infektionskontrolle zu treffen.

Kosten und Zukunftsaussichten

Die aktuellen Kosten für den Bau des Geräts in einem Labor werden auf 1.400 bis 1.900 US-Dollar geschätzt. Die Forscher glauben jedoch, dass der mikrowellengroße Detektor mit weiterer Entwicklung so konstruiert werden könnte, dass er auch nach anderen luftgetragenen Viren sucht.

Das Team untersucht derzeit das Potenzial, Influenza, RSV und andere Krankheitserreger mit derselben Technologie nachzuweisen. Sie glauben, dass dieses Gerät das Potenzial hat, die Art und Weise, wie wir luftgetragene Viren überwachen und handhaben, zu revolutionieren und so zu einer Verbesserung der öffentlichen Gesundheitsergebnisse beizutragen.

Zusätzliche Funktionen und Vorteile:

Das Gerät ist tragbar und einfach zu bedienen und ermöglicht so einen schnellen Einsatz in verschiedenen Umgebungen.

Es bietet eine Echtzeit-Erkennung und macht zeitaufwändige PCR-Tests überflüssig.

Der auf Nanobodies basierende Sensor ist hochempfindlich und spezifisch, was eine genaue Viruserkennung ermöglicht.

Die zyklonartige Partikeltrajektorie gewährleistet eine effiziente Erfassung von Viruspartikeln aus der Luft.

Die niedrigen Kosten des Geräts machen eine weit verbreitete Implementierung in öffentlichen Bereichen möglich.

Essbare Superkondensatoren: Die Revolution der verschluckbaren Elektronik