Hun vil printe sensorer med inspiration fra biologien

Shweta Agarwala er lektor ved Institut for Ingeniørvidenskab på Aarhus Universitet og arbejder med at kombinere elektronik og biologi i det eksperimenterende forskningsfelt bioelektronik Illustration: Nayang Technological University
Flere danske forsknings­projekter undersøger, hvordan man kan printe elektriske komponenter til trådløse sensorer. Printet elektronik giver nemlig både fleksible strukturer og kan fremstilles billigere.

Når du skal bruge en sensor til at måle hjerterytme, en temperaturmåler til en industriel robot eller en NFC-chip til en dankort-terminal, så kan du måske i fremtiden nøjes med at klikke Ctrl+P på din computer og så gå ud i printerrummet og hente din nye sensor direkte fra printeren.

Forskere på både Aarhus Universitet og Teknologisk Institut arbejder nemlig intensivt med at udvikle nye metoder til at printe elektronik på helt nye måder, som både giver fleksible former og skærer ned på produktionsprisen.

Det er dog så komplekse processer, at der endnu er et stykke vej, før vi kan printe de små bøjelige sensorer uden for forsknings- og udviklingslaboratorierne.

I Aarhus arbejder Shweta Agarwala, lektor ved Institut for In­ge­niør­videnskab på Aarhus Universitet, på at udvikle printet elektronik til medicinsk udstyr. Inspirationen til hendes arbejde kommer fra biologien, som hun låner fra.

»Min forskning fokuserer på at bygge platformsteknologi til bioelektronik, som handler om at kombinere elektriske kredsløb med levende væv. Det kan være til eksempelvis sårbehandling, smarte implantater eller fleksible sensorer. Min vision er at skabe et system af medicinsk udstyr, der kan tages ned fra hylden på apoteket og give information i form af vital statistik om patienten,« siger Shweta Agarwala.

Hvordan kombinerer du rent praktisk biologi og elektronik?

»Det vigtigste er at finde de rigtige materialer, der er elektrisk ladet og samtidig kompatible med kroppens biologiske celler. Jeg vælger det rigtige elektroniske kredsløb, alt efter hvilken type mekanisme vi gerne vil overvåge. Det kan være kapacitiv, kemisk eller elektro­kemisk. Indkapslingen af elektronikken skal foregå på en måde, så vi har en minimal påvirkning af celler og væv.«

Elektronik på vilkårlig overflade

Hvilke opgaver skal de 3D-printede biosensorer udføre?

»Ideen er at skabe en række enheder, der kan implanteres i kroppen, er absorberbare og i stand til at videresende information ud af kroppen. Absorberbare antenner printet på implantater kan eksempelvis indikere, om et implantat bliver accepteret af kroppen eller ej, lang tid før der faktisk opstår inflammation i kroppen, og patienten bliver dårlig,« siger Shweta Agarwala.

Hvorfor har du valgt 3D-print som fremstillingsmetode?

»3D-print gør det muligt at placere elektronik på vilkårlige overflader på en ensartet måde. Den første fordel er, at enheder, der i dag er stive, vil kunne fremstilles fleksible, ergonomiske og hud-lignende. Ved at kombinere elektronik med biomaterialer og biologi får vi en anden fordel, nemlig at vi kan bruge elektronik til kunstigt at stimulere biologiske funktioner eller ekstrahere information fra naturlige mekanismer. Det gør lægerne i stand til at forstå de underliggende fænomener bag sygdomme og finde nye veje til at overvåge, behandle og forhindre sygdomme,« siger Shweta Agarwala.

Hvad er de første udfordringer ved at kombinere elektronik med biologi?

»Det er langtfra en nem opgave at integrere elektronik med biologi. De elektriske kredsløb skal være kompatible med kroppen, så vi undgår immunreaktioner. De fleste materialer, der bruges til elektronik, kræver i dag en form for post-processering, f.eks. UV-behandling, for at være fuldt funktionelle, så der er et kæmpe potentiale i at udvikle materialer, der er funktionelle, fra det øjeblik de bliver printet. En anden barriere er at designe de elektroniske kredsløb, så de kan opsamle signaler på celleniveau, ligesom vi mangler en standardiseringsramme for 3D-print af elektriske kredsløb.«

Printer med nanoblæk af kobber

Hos Teknologisk Institut i Høje Taa­strup har de arbejdet med printet elektronik i snart tre år. Her foregår det dog på mere konventionelle inkjetprintere og uden direkte inspiration fra biologi.

Ved at printe elektrisk ledende komponenter i stedet for at benytte konventionelle fremstillingsmetoder kan man lave bøjelige og ekstremt tynde komponenter Illustration: Teknologisk Institut

Her har man i stedet fokuseret på at udvikle elektrisk ledende inkjetprinterblæk fremstillet af kobbernano­partikler: blæk, der kan bruges til at inkjetprinte elektrisk ledende baner på materialer som tekstiler eller solceller. I dag bruger man ofte det dyrere sølv som materiale.

De elektrisk ledende baner fremstilles typisk via print- eller trykmetoder som litografi, rotationsdybtryk eller flexografi, men fordelen ved at printe på en inkjetprinter er ifølge projektleder Zachary James Davis fra Teknologisk Institut, at man kan printe direkte ud fra en CAD-fil i stedet for at skulle lave en skabelon først.

Zachary James Davis (tv.) står i spidsen for en ny europæisk hub for printet elektronik på Teknologisk Institut i Høje Taastrup. De undersøger blandt andet muligheden for at printe med kobbernanopartikler i stedet for med sølv. Illustration: Teknologisk Institut

Helt nye muligheder

»Printet elektronik åbner for helt nye muligheder, da man i stil med 3D-print kan printe komplekse konstruktioner til priser, der kan konkurrere med masseproducerede produkter. Ganske enkelt fordi printet elektronik kan fremstilles ud fra CAD-tegninger, som vi kender fra bl.a. arkitektverdenen og 3D-print,« siger han.

Du kan møde både Shweta Agarwala og Zachary James Davis på konferencen Deep Tech Day i Aarhus 27. maj. Læs mere og tilmeld dig her.

Denne artikel stammer fra Ingeniøren.

Tips og korrekturforslag til denne historie sendes til tip@version2.dk
Kommentarer (1)
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først
Log ind eller Opret konto for at kommentere