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Elektronische Brausetablette

Bioelektronik. Forscher entwickeln hauchdünne Schaltkreise, die sich nach getaner Arbeit komplett auflösen. Das lässt ganz neue Anwendungen zu. Schaltkreise sind hartnäckige Biester. „Ein wichtiges Ziel der Elektronikindustrie war es von Anfang an, Geräte zu bauen, die ewig halten und dabei durchgehend stabil laufen“, sagt John Rogers, Professor für Ingenieurswesen an der University of Illinois.

Doch es gibt durchaus Anwendungen, für die eine lange Lebensdauer von Nachteil ist: Medizinische Implantate etwa, die ihre Aufgabe im Körper nach einigenWochen erledigt haben. Oder Sensoren, die nur für ein paar Tage Umweltdaten messen sollen.
Rogers Team hat nun gemeinsam mit Kollegen von der Tufts University in Boston und der Northwestern University in Chicago eine Elektronik entwickelt, die mit Vergänglichkeit punktet. Davon berichten sie im Magazin Science.

In der vom US-Militär mitfinanzierten Studie präsentieren die Wissenschaftler Schaltkreise, die sich in Wasser oder Körperflüssigkeiten auflösen, etwa Transistoren, Funkantennen und sogar ein kleiner Bildsensor mit 64 Pixeln. Die Schaltkreise bestehen aus ähnlichen Materialien wie jene Halbleiter, die auch in Computern oder Smartphones stecken.

Chips aus Seide

Grundlage ist eine hauchdünne Nanomembran aus Silizium. Die Leiterbahnen bestehen aus Magnesium und Magnesiumoxid. Versiegelt wird der Chip mit einer Schutzschicht aus Seide. Je nach Struktur dauert es unterschiedlich lang, bis sich diese auflöst.

Das Interessante an dem Seidenmantel ist, dass man damit die Lebensdauer zeitlich variiieren kann – je nachdem, wie man ihn ausgestaltet. Chips für Unterhaltungselektronik sollen mindestens ein bis zwei Jahre halten. Benötigt man ein „medizinisches Implantat, das beispielsweise die Entzündung einer Operations-Wunde verhindern soll, reichen einige Wochen“, sagt Rogers.

Da die eingesetzten Stoffe gut verträglich sind und nur in winzigen Mengen vorkommen, peilen die Forscher vor allem die Entwicklung medizinischer Implantate an. Diese könnten etwa die Wundheilung überwachen, oder Wirkstoffe gezielt im Körper freisetzen.

Einen Chip, der Bakterien durch Wärme abtötet, haben die Forscher bereits erfolgreich an einer Ratte getestet. Nach drei Wochen hatte sich das über eine Induktionsspule betriebene Implantat fast komplett aufgelöst.

Rogers und seine Partner sind nicht die ersten, die biologisch abbaubare Schaltkreise entwickeln. Vor zwei Jahren stellten die Biomedizintechniker Christopher Bettinger und Zhenan Bao diese aus leitfähigen Polymeren her – ebenfalls für die Medizintechnik.

Chips aus Proteinen

Forscher von der Universität in Tel Aviv entwickeln die elektronische Bauteile sogar aus körpereigenen Stoffen: Ihre Schaltkreise bestehen aus drei Sorten von Proteinen, die in Blut, Schleim und Milch vorkommen. Die Proteine bilden Strukturen im Nanometerbereich, die noch feiner sind als die moderner Computerchips – und ebenfalls leicht abbaubar.

Noch erreicht jedoch kein Ansatz annähernd die Leistung herkömmlicher Halbleiter. Die kompostierbare Platine liegt also noch in ferner Zukunft. Die Gegenwart jedenfalls ist ernüchternd.

Schätzungen des Umweltprogramms der Vereinten Nationen (UNEP) zufolge fallen jährlich weltweit bis zu 50 Millionen Tonnen Elektroschrott an. Der landet vor allem auf der ganz normalen Müllhalde.

Viele Platinen werden in Entwicklungsländern unter abenteuerlichen Bedingungen eingeschmolzen, um wertvolle Metalle wie Gold oder Kupfer wiederzugewinnen. Dabei entstehen hochgiftige Abgase und Rückstände. Bislang zielen die Maßnahmen zur Vermeidung von Müll eher auf Gehäuse und Ummantelung der elektronischen Bauteile. So werden in den Gehäusen von IT-Komponenten hier und da bereits Kunststoff aus pflanzlichen Rohstoffen eingesetzt. Doch selbst diese landen am Ende ihres Lebens auf der Halde oder in der Müllverbrennung.

Ingenieur John Rogers ist mit seinen Kollegen derweil noch dabei, brauchbare Anwendungen für ihre Entwicklungen zu identifizieren. Auch müssen sie erst in weiteren Tierversuchen nachweisen, dass ihre elektronischen Implantate gut verträglich sind.

Ein erster Schritt in Richtung Praxis immerhin steht an: Gemeinsam mit einer Halbleiterfabrik wollen sie ausloten, wie es möglich ist, die neuartigen Chips in Massen zu fertigen. Auch hier betreten sie Neuland.

via: New Scientist Deutschland

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