Ein biologisch abbaubarer Magnetfeldsensor, der auf eine Tomate gedruckt wurde – ein Beispiel für nachhaltige Bioelektronik. © Lin Guo
Winzig klein und kaum zu erkennen ist der kleine Magnetfeldsensor, der auf die Tomate gedruckt wurde. Während solche Sensoren häufig aus umweltschädlichen Materialien bestehen, ist diese nachhaltige Alternative biologisch abbaubar und ressourcenschonend.
Das neue Produkt wurde von einem internationalen Team, geleitet von Wissenschaftlern des Helmholtz-Zentrum Dresden-Rosendorf (HZDR) entwickelt. Der Sensor besteht aus Eisen und Eisenoxid, eingebettet in eine Schicht aus Zellulose, Bienenwachs und Stärke. Die Hülle aus Naturstoffen dient dabei als Schutz vor Feuchtigkeit. Löst diese sich auf bleibt nur oxidiertes Eisen, also Rost, zurück.
Magnetfeldsensoren kommen in zahlreichen Produkten zum Einsatz und können verschiedene Aufgaben übernehmen. Sie messen Bewegungen, Positionen oder Distanzen und werden so unter anderem in Verpackungen oder Handys verbaut. Auch in der smarten Landwirtschaft können Magnetfeldsensoren eingesetzt werden, um zum Beispiel Erntebedingungen zu überwachen. Hier spielt die organische Ummantelung der Sensoren eine besondere Rolle, die verrotten kann, ohne die Umwelt zu belasten.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Magnetfeldsensoren beinhaltet die nachhaltige Alternative keine Materialien wie Nickel oder Cobalt, die umweltschädlich sind oder die menschliche Gesundheit gefährden können. Zusätzlich sind die neuen Sensoren ressourcen- und energiesparend in der Produktion. Die Herstellung hochempfindlicher Sensoren aus abbaubaren Materialien stellt allerdings auch eine technische Herausforderung dar. Deshalb haben die Wissenschaftler Kern-Schale-Partikel entwickelt, bei denen ein Eisenkern von einer dünnen Schicht von Oxid umgeben ist, um eine hohe Empfindlichkeit zu erreichen.
Hergestellt werden die Sensoren im Siebdruckverfahren. Anstatt dabei Material aufwendig abzutragen, wie es in anderen Anwendungsbereichen üblich ist, wird die Sensorschicht hier aber zielgerichtet aufgetragen. „Wir drucken nur Sensoren, wo wir sie brauchen“ erklärt Marakov, Leiter der Abteilung Intelligente Materialien am HZDR. Das spare Energie und Material.
Die Technologie der gedruckten Sensoren wurde bereits lizensiert. Nun arbeitet das Team an konkreten Anwendungen. Die Sensoren sollen vor allem in medizinischen Einwegprodukten oder Sensorsystemen für die Landwirtschaft eingesetzt werden, bei denen die elektronischen Komponenten nur für einen begrenzten Zeitraum benötigt werden. Durch die Einkapselung der gedruckten Sensoren lässt sich die Lebensdauer dabei individuell auf unterschiedliche Anwendungen zuschneiden. So können die Sensoren künftig dazu beitragen Elektronik nachhaltiger zu produzieren.
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