可食用电子是一个专门的研究领域，专注于开发一次性的功能设备，其中所有的部件包括供电、电路、传感器、执行器等都被设计为可被胃肠系统安全的摄入和处理。从应用方面，其包括检测食品变质的食品质量监测工具、用于诊断和治疗胃肠道疾病的智能胶囊等。目前，已经实现的可食用电子器件包括供电设备、传感器和天线等，但一个尚未得到解决的挑战是寻找传统电子产品中焊接和接线的替代品，以提供稳定的电气和机械连接。由粘合剂和导电填料组成的导电粘合剂被认为具有相当的潜力，近来已经报道了诸如明胶/蜂蜡-活性炭的可食用复合导电材料。此外，还有基于淀粉、糖基胶、甲基乙基纤维素、玉米醇溶蛋白等的体系。
近日，意大利技术研究院Noemí Contreras-Pereda和Mario Caironi团队报道了一种可食用的导电粘合剂油墨，其使用玉米醇溶蛋白为粘合剂，活性炭为导电填料，并深入研究了活性炭含量对流变性、粘合强度和电导率的影响。
11在本工作中，团队使用玉米醇溶蛋白和活性炭粉末以及乙醇水溶液溶剂，配制了不同浓度可食用导电胶，其浓度均为500 mg/mL，活性炭相对于玉米醇溶蛋白的含量为0~50wt%。团队发现，当活性炭含量处在0~30wt%时，可以很容易地在室温下进行刷涂，并兼容掩模图案化技术以实现亚毫米级分辨率。但如果活性炭含量过高，油墨则会粘附在刷子上而无法进行刷涂。
之后，团队采用金属铝基材进行定量搭接和剪切粘附力测量，评估了不同活性炭含量胶水的粘附强度。实验结果表明，在玉米醇溶蛋白基质中添加 活性炭 颗粒可显著提高平均粘附强度，在 AC 含量为 20% 的情况下，平均粘附强度可提高 12 倍，接近 2 MPa。
最后，研究团队对不同活性炭含量的配方进行了电气特性分析。油墨刷涂沉积薄膜的阻抗分析表明，0和10wt%的薄膜表现为开路，而从13wt%开始，薄膜允许电路渗透过薄膜。对于20wt%和30wt%的组别，其表现出有效的电荷渗透，平均电阻率分别为3 ± 1 kΩ·cm 和 560 ± 170 Ω·cm。此外，团队还将样品在大气环境下储存了一个月，发现储存前后的平均电阻率稳定，无明显变化。
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论文信息：
A Corn-Based Electrically Conductive Glue for Integration of Edible Electronics
Noemí Contreras-Pereda*, Valerio Galli, Pietro Cataldi, Valerio Francesco Annese, Giulia Coco, Athanassia Athanassiou, Alessandro Luzio, Mario Caironi*
Small Science
DOI: 10.1002/smsc.202400373
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