Ερχονται τα «αόρατα» και βιοδιασπώμενα ηλεκτρονικά

Διανύουμε την ψηφιακή εποχή, όπου οι ηλεκτρονικές συσκευές έχουν γίνει αναπόσπαστο μέρος της καθημερινότητάς μας. Κάτι τέτοιο, σύμφωνα με τους ειδικούς, έχει οδηγήσει στην εκτόξευση του όγκου των ηλεκτρονικών αποβλήτων τα οποία βαραίνουν τον πλανήτη μας. Με στόχο τον περιορισμό των ηλεκτρονικών σκουπιδιών, αμερικανοί ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ δημιούργησαν μια νέα γενιά οργανικών και πλήρως βιοδιασπώμενων ημιαγωγών οι οποίοι μιμούνται το δέρμα και υπόσχονται να ελαφρύνουν σημαντικά το περιβάλλον.

Σύμφωνα με πρόσφατη έκθεση του Προγράμματος για το Περιβάλλον των Ηνωμένων Εθνών (UNEP), εκτιμάται ότι μόνο το 2016 απορρίφθηκαν 50 εκατ. τόνοι ηλεκτρονικών αποβλήτων –όγκος κατά 20% υψηλότερος σε σχέση με εκείνον του 2015. Η ομάδα της δρος Ζενάν Μπάο προσπάθησε να βρει μια «πράσινη» λύση, αναπτύσσοντας έναν ημιαγωγό ικανό να αποσυντίθεται με τη βοήθεια ενός ήπιου οξέος, όπως για παράδειγμα το ταπεινό μας ξίδι!

«Η τεράστια ζήτηση των ηλεκτρονικών συσκευών έχει οδηγήσει σε έναν τεράστιο όγκο ηλεκτρονικών αποβλήτων αλλά και στην ταχεία κατανάλωση σπάνιων στοιχείων και μετάλλων» εξηγεί μιλώντας στο «Βήμα» ο δρ Τινγκ Λέι, πρώτος συγγραφέας της μελέτης των ειδικών που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Proceedings for the National Academy of Sciences» (PNAS). «Επιπλέον, υπάρχει άμεση ανάγκη για εύκαμπτα ηλεκτρονικά μέρη που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως εμφυτεύσιμες ή «φορετές» συσκευές (wearables). Η σύνθεση και η επεξεργασία των οργανικών ηλεκτρονικών μπορούν να γίνουν σε χαμηλές θερμοκρασίες. Το κυριότερο είναι ότι υπάρχουν πάρα πολλές ηλεκτρονικές εφαρμογές φιλικές προς το περιβάλλον» προσθέτει ο ίδιος.

Οι αμερικανοί επιστήμονες άντλησαν την έμπνευσή τους από το ανθρώπινο δέρμα, το οποίο διαθέτει ελαστικότητα και συνοδεύεται από τη δυνατότητα αυτοεπούλωσης και βιοδιάσπασής του. «Στην ομάδα μου, προσπαθούσαμε να μιμηθούμε τη λειτουργία του ανθρώπινου δέρματος, με στόχο την ανάπτυξη ηλεκτρονικών του μέλλοντος» αναφέρει η επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας δρ Μπάο. «Πετύχαμε την ελαστικότητα και την αυτοεπούλωση, οπότε κληθήκαμε να αντιμετωπίσουμε το ζήτημα της βιοδιάσπασης». Η πρόκληση ήταν μεγάλη, σύμφωνα με την ίδια, καθώς το ηλεκτρονικό μέρος έπρεπε να «παντρευτεί» με τη δυνατότητα βιοδιάσπασης.

«Ο οργανικός ημιαγωγός μπορεί να συντεθεί από διάφορες φυσικές χημικές ουσίες, όπως π.χ. σουκινικό εστέρα και αμυλική αλκοόλη (ΤΑΑ)» μας λέει ο δρ Λέι. Συγκεκριμένα, το βιοδιασπώμενο ηλεκτρονικό κύκλωμα σιδήρου (ένα υλικό φιλικό προς το περιβάλλον και μη τοξικό για τον άνθρωπο) που δημιούργησαν οι ειδικοί κάθεται επάνω σε ένα καινοτόμο, επίσης βιοδιασπώμενο υπόστρωμα κυτταρίνης, της οποίας οι ίνες έχουν τροποποιηθεί ούτως ώστε να του χαρίζουν ελαστικότητα και διαφάνεια. Ετσι ο υπέρλεπτος οργανικός ημιαγωγός μπορεί να φορεθεί ως «αόρατο» ελαστικό επίθεμα απευθείας επάνω στο δέρμα, χωρίς να γίνεται αντιληπτός από τον χρήστη, ή ακόμα να εμφυτευθεί στον ανθρώπινο οργανισμό.

«Πρόκειται για το πρώτο παράδειγμα ενός ημιαγωγού από πολυμερές, ο οποίος είναι ικανός να αποσυντίθεται» μας αναφέρει ο δρ Λέι. «Η ζωή της συγκεκριμένης συσκευής ποικίλλει ανάλογα με τον σχεδιασμό της δομής της. Η εκτίμησή μας είναι ότι η διάρκειά της θα μπορούσε να ξεπεράσει το ένα έτος. Στη συνέχεια έχει τη δυνατότητα να αποσυντίθεται πλήρως υπό ήπιες όξινες συνθήκες, π.χ. με τη βοήθεια κοινού ξιδιού. Μια διαδικασία που απαιτεί περί τις 20-30 ημέρες.

Στην παρούσα φάση τα εν λόγω ηλεκτρονικά δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ηλεκτρονικές συσκευές ευρείας κατανάλωσης, ωστόσο η περαιτέρω ανάπτυξή τους θα μπορούσε να οδηγήσει σε καινοτόμους βιολογικούς αισθητήρες και ετικέτες αναγνώρισης μέσω ραδιοσυχνοτήτων (RFID)».

Η καινοτόμος ηλεκτρονική συσκευή θα μπορούσε, κατά τους επιστήμονες, να βρει εφαρμογή σε πάρα πολλούς τομείς. «Οραματιζόμαστε την εν λόγω συσκευή υπό μορφή ενός υπέρλεπτου επιθέματος μιας χρήσης που θα κολλάει στο δέρμα του ασθενούς χωρίς να τον ενοχλεί και θα πραγματοποιεί μετρήσεις όπως την αρτηριακή του πίεση, τα επίπεδα του σακχάρου στο αίμα, την ανάλυση του ιδρώτα κ.ά.» περιγράφει η δρ Μπάο.

Ωστόσο η χρήση της δεν θα περιορίζεται αυστηρά για ιατρικούς σκοπούς, καθώς θα μπορούσε να αποτελέσει το ιδανικό «εργαλείο» για τη μελέτη μεγάλων εκτάσεων σε απομακρυσμένες περιοχές. «Για παράδειγμα, τα βιοδιασπώμενα ηλεκτρονικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση της υγείας των δασών με ρίψη από αεροπλάνα. Πρόκειται για μεγάλες και δύσβατες εκτάσεις, όπου η τοποθέτηση αισθητήρων είναι πραγματικά πολύ δύσκολη υπόθεση» προσθέτει ο δρ Λέι. «Ακόμα και μετά την τοποθέτησή τους η συλλογή τους είναι εξίσου δύσκολη. Προς αποφυγήν της ρύπανσης του περιβάλλοντος, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί κάτι που να μπορεί να βιοδιασπάται στη φύση. Στόχος μας είναι η ανάπτυξη υλικών που να μπορούν να αυτοκαταστρέφονται ούτως ώστε να μην αφήνουν κατάλοιπα».