aalto1 untyped-item.component.html
Cellulose in transient electronics
Loading...
Files
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
ELEC3016
Degree programme
Language
en
Pages
22
Series
Abstract
Cellulose is the most abundant biopolymer on earth and as such research into it is important. Among many types of cellulose, bacterial cellulose with properties differing from plant-based cellulose such as high crystalline structure. One use of bacterial cellulose is in transient electronics which are electronics that can disintegrate into their environment after their programmed lifespan. One field of study for transient electronics focuses on biosensors and biomedical implants. As such, research conducted on biodegradable and biocompatible cellulose is important to improve transient electronics for medical use. This thesis focuses on the use of bacterial cellulose in transient electronics with a more special focus on biosensors and biomedical implants.
Nykyajan lääketieteen tutkimuksissa on aloitettu painottamaan epätunkeutuvia prosesseja ja monissa leikkauksia voidaan joutua tekemään jatkoleikkaus, jossa esimerkiksi poistetaan jokin implantti kuten sydämen tahdistin. Tästä syystä tutkimus biohajoavista implanteista on kiihtynyt. Yksi näistä tutkimuksenkohteista on transientti elektroniikka (engl. transient electronics).
Tämän kandinaatintyön tavoitteena on tarkastella selluloosan käyttöä transientissa elektroniikassa kirjallisuuskatsauksen avulla. Transientilla elektroniikalla tarkoitetaan elektroniikkaa, joka käyttöaikansa jälkeen pystyy hajoamaan ympäristöönsä ilman haitallisten sivutuotteiden muodostumista. Työssä tarkastellaan selluloosan rakennetta ja sitä, miksi tämä rakenne aiheuttaa ihanteellisia ominaisuuksia materiaalin käyttöön transientissa elektroniikassa. Tarkemmin käydään läpi bakteerien tuottaman selluloosan käyttöä ja ominaisuuksia, joita ovat esimerkiksi biohajoavuus, helppo muokattavuus ja bioyhteensopivuus.
Bakteerilähtöisen selluloosan ominaisuudet tarjoavat lukuisia mahdollisuuksia transientissa elektroniikassa. Bakteeriselluloosan ominaisuudet kuten kemiallinen stabiilisuus, uusiutuvuus, helppo muokattavuus ja muunneltavuus, biohajoavuus ja pietsosähköisyys. Bakteeriselluloosa on myös huomattavasti puhtaampaa kuin kasviselluloosa. Lisäksi bakteerilähtöistä selluloosaa voi muokata lisäämällä siihen toisia molekyylejä tai muokkaamalla sen kolmiulotteista rakennetta. Näillä muutoksilla pystytään saavuttamaan vielä ihanteellisempia ominaisuuksia, mikä mahdollistaa laaja-alaisen tutkimusperustan eri käyttötarkoituksiin.
Transientissa elektroniikassa eritoten laitteen hajoamiseen liittyvät haasteet ovat tutkimuksen alla. Transientit elektroniikkalaitteet voidaan jakaa niiden hajoamismekanismien perusteella. Transienttien elektroniikkalaitteiden hajoaminen voi joko käynnistyä automaattisesti sen käyttöajan jälkeen tai hajoaminen voidaan käynnistää jonkin tapaisen laukaisimen avulla esimerkiksi aiheuttaen muutoksia laitteen lämpötilaan tai käyttäen optista laukaisinta.
Työssä käydään tarkemmin läpi selluloosan käyttöä transienteissa biosensoreissa ja biolääketieteellisissä implanteissa. Bakteeriselluloosan käyttö biosensoreissa ja implanteissa on hyvin lupaava ala, jolla on potentiaalia kehittää lääketieteellisiä hoitomuotoja. Biosensoreissa bakteeriselluloosaa voidaan käyttää esimerkiksi muuntajissa (engl. transducer) joka muuttaa esimerkiksi kemiallisen signaalin optiseksi tai sähköiseksi signaaliksi, jonka kone havaitsee ja muuttaa tulkittavaksi dataksi. Bakteeriselluloosaa voidaan myös käyttää substraattina biosensoreissa. Bakteeriselluloosaa voi myös käyttää sähköisissä biolääketieteellisissä implanteissa, mutta tutkimus näihin sovelluksiin on vielä hyvin alkuvaiheessa.
Työn johtopäätöksenä huomataan selluloosan tarjoavan useita mahdollisia ratkaisuja transienttien biosensoreja ja implantteja koskevissa ongelmissa. Tosin huomataan myös, että selluloosaa käyttävän transientin elektroniikan laajamittainen käyttöönotto edellyttää jatkotutkimusta selluloosan ominaisuuksien kuten sähkönjohtavuuden ja hajoamisen optimoinnissa. Myös sähköisten ominaisuuksien parantaminen, mutta myös samalla biohajoavuuden ja yhteensopivuuden säilyttäminen vaatii optimointia. Lisäksi laajamittainen bakteerilähtöisen selluloosan tuotanto edellyttää uusien ratkaisujen kehittämistä teolliseen tuotantoon ongelmien esimerkiksi mutaatioiden takia.