Überwacht die Kühlkette 05.10.2017, 12:47 Uhr

Dieser Sensor kann sogar mitgegessen werden

Bei dieser Nachricht wird der ein oder andere vielleicht erst einmal schlucken müssen: Forscher der ETH Zürich haben einen Mikrosensor für die Temperaturmessung entwickelt, der zugleich den EU- und US-Richtlinien für den Einsatz im Lebensmittelbereich entspricht. Das heißt, er ist gesundheitlich unbedenklich und kann nach dem Verzehr problemlos verdaut werden. 

Forscher der ETH Zürich haben einen Temperatursensor entwickelt, der fünfmal dünner ist als ein menschliches Haar. Er lässt sich zerknüllen und falten, vor allem aber kann er ohne Bedenken mitgegessen werden. 

Forscher der ETH Zürich haben einen Temperatursensor entwickelt, der fünfmal dünner ist als ein menschliches Haar. Er lässt sich zerknüllen und falten, vor allem aber kann er ohne Bedenken mitgegessen werden. 

Foto: ETH Zürich

Ein neuer Mikrosensor ist perfekt geeignet für die Überwachung von Lebensmitteln: Er ist hauchdünn und flexibel, misst die Temperatur seiner Umgebung und besteht aus biologisch abbaubaren und für den Menschen unschädlichen Materialien. Der Sensor könnte sogar mitgegessen werden, sagen die Schweizer Entwickler des Bio-Mikrosensors. Einen neuen Ernährungstrend wollen die Eidgenossen damit aber zum Glück nicht anstoßen.

Bisherige Mikrosensoren enthalten oft giftige Materialien

Vielmehr richtete sich das Interesse des Forscherteams um Giovanni Salvatore, einem Postdoktoranden an der Professur für Elektronik der Züricher Eidgenössischen Technischen Hochschule, auf die Entwicklung eines Mikrosensors, der aus nichttoxischen und biologisch abbaubaren Materialien besteht. Denn bisher enthalten die kleinen Sender-Empfänger-Systeme oft umwelt- und gesundheitsschädliche Edelmetalle und kommen deshalb für medizinische Anwendungen mit direktem Körperkontakt oder zum Anbringen an Lebensmitteln nicht infrage.

Der Bio-Mikrosensor ist in ein kompostierbares Polymer aus Mais- und Kartoffelstärke eingeschweißt. 

Der Bio-Mikrosensor ist in ein kompostierbares Polymer aus Mais- und Kartoffelstärke eingeschweißt. 

Foto: ETH Zürich

Für ihren Bio-Mikrosensor schweißte das Forscherteam einen superfeinen, eng gewundenen Elektrodraht aus Magnesium, Siliziumdioxid und -nitrit in ein kompostierbares Polymer ein. Magnesium ist ein wichtiger Bestandteil unserer Ernährung und die anderen Stoffe sind biokompatibel und wasserlöslich. Das verwendete Polymer wird aus Mais- und Kartoffelstärke produziert und ist somit für den Einsatz im Lebensmittelbereich geeignet.

Sensoren am Fisch können Kühlkette überwachen

Der von den Forschern entwickelte Sensor ist nur 16 Mikrometer dünn – ein Haar ist 100 Mikrometer dick – und er wiegt in einer wenige Millimeter großen Ausführung nur Bruchteile von einem Milligramm. In seiner jetzigen Form ist der Sensor in einer einprozentigen Salzlösung in 67 Tagen komplett aufgelöst. Funktionstüchtig bleibt er derzeit einen Tag lang, denn solange dauert es, bis das Wasser durchs Polymer diffundiert ist und es den Draht des Sensors aufgelöst hat.

Heute muss der Sensor zwar noch mit biologisch abbaubaren Kabeln an eine Mikrobatterie, einen Mikroprozessor und einen Sender gekoppelt werden. Doch die ETH Professur für Elektronik forscht daran, dass auch sie biokompatibel werden und in einigen Jahren komplett im Sensor integriert werden können. 

Heute muss der Sensor zwar noch mit biologisch abbaubaren Kabeln an eine Mikrobatterie, einen Mikroprozessor und einen Sender gekoppelt werden. Doch die ETH Professur für Elektronik forscht daran, dass auch sie biokompatibel werden und in einigen Jahren komplett im Sensor integriert werden können. 

Foto: ETH Zürich

„Die Lebensdauer können wir durch die Polymerdicke aber relativ einfach anpassen, sagt Salvatore. Allerdings wäre ein dickerer Sensor weniger flexibel. Der derzeitige dünne Sensor funktioniert selbst dann noch, wenn er komplett zerknüllt oder gefaltet wird. Der Sensor könnte beispielsweise an eine Fischlieferung angebracht werden und während des Transportes die Einhaltung der Kühlkette kontrollieren.

An Marktreife wird noch gefeilt

Die Sache hat allerdings noch zwei Haken: Zum einen ist die Herstellung des Bio-Mikrosensors noch sehr aufwendig und kostspielig. Salvatore ist jedoch überzeugt, dass die Sensoren dereinst für den Massenmarkt produziert werden können. Insbesondere, weil die Druckverfahren für Elektronik immer besser werden. „Sind die Biosensoren erst einmal genügend günstig, könnte man sie praktisch überall hinkleben“, meint der Wissenschaftler.

Zum andern braucht der Sensor eine Energieversorgung. Dafür haben die Forscher den Sensor mit ultradünnen, biologisch abbaubaren Zinkkabeln an eine externe Mikrobatterie gekoppelt. Auf demselben Chip befinden sich ein Mikroprozessor sowie ein Sender, über den die Temperaturdaten mit Bluetooth an einen externen Computer gesendet werden. Dadurch kann die Temperatur eines Produkts über eine Reichweite von 10-20 m kontinuierlich überprüft werden. Das Problem: Batterie, Prozessor und Sender sind nicht biologisch abbaubar.

Für Giovanni Salvatore ist aber auch das nur eine Frage der Zeit. In fünf bis zehn Jahren, so seine Prognose, würden Batterie, Prozessor und Sensor wahrscheinlich gleich im Mikrosensor integriert sein. Sein Team forscht deshalb aktuell an einem biokompatiblen Energieträger für den Sensor.

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