Ein Sensor, der Daten aus dem Magen liefert und sich danach einfach verdauen lässt: Im EU-Projekt ELFO hat ein Team des Italienischen Instituts für Technologie Elektronik aus Lebensmitteln entwickelt. Honig dient als Material für Transistoren, ein Pigment aus Zahnpasta als Halbleiter, und sogar ein wiederaufladbarer Akku lässt sich essen. Wie das funktioniert und wozu es gut sein soll, zeigt dieser Überblick – und am Ende kannst du testen, ob du einer Pille mit Sensor vertrauen würdest.
Schluckbare Geräte erlauben einen Blick in den Körper, ohne dass jemand zum Skalpell oder zum Endoskop greifen muss. Sie liefern in Echtzeit Daten etwa zum pH-Wert, zur Körpertemperatur und zu weiteren physiologischen Werten. Außerdem können sie gezielte Behandlungen ermöglichen und so manchen invasiven Eingriff überflüssig machen.
Klingt nach einer bequemen Lösung für Patientinnen und Patienten. Ganz so einfach ist es aber nicht.
In vielen dieser Geräte stecken gefährliche Stoffe. Bei der Entsorgung werden sie zu einem Risiko für die Umwelt, aber auch für die Menschen, die sie schlucken. Mario Caironi, Koordinator des Projekts ELFO, bringt es auf den Punkt: „Die Verabreichung der meisten derzeitigen verschluckbaren Geräte muss aus Sicherheitsgründen überwacht werden, was dazu führt, dass Chancen für groß angelegte Gesundheitsvorsorgeprogramme verpasst werden.“
Mit anderen Worten: Solange eine Pille mit Elektronik nur unter Aufsicht geschluckt werden darf, taugt sie kaum für breite Vorsorgeuntersuchungen. Genau hier setzt das Projekt an.
Das Team arbeitet im Labor für gedruckte und molekulare Elektronik am Italienischen Institut für Technologie. Sein Ansatz: Elektronik aus Lebensmitteln und ungiftigen Werkstoffen bauen. Caironi erklärt: „Nachdem sie ihre Funktion erfüllt haben, können diese elektronischen Bauteile auf natürliche Weise verdaut oder sogar verstoffwechselt werden, ohne dass Elektroschrott entsteht.“
Das EU-finanzierte Projekt ELFO lief vom 1. September 2020 bis zum 31. August 2025 und wurde von der Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia koordiniert. Die Gesamtkosten lagen bei 1.980.000 Euro, die vollständig aus EU-Mitteln kamen. Am Ende standen zwei Konzeptprodukte:
Bevor überhaupt ein Bauteil entstand, legte das Team eine Bibliothek von Materialien an. Gesucht waren Stoffe mit elektronischen Eigenschaften, die der Körper problemlos verarbeiten kann. Als Leitlinien dienten die Vorgaben der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) und der US-amerikanischen Arzneimittelbehörde FDA.
Werkstoffe, die als Leiter oder Isolatoren funktionieren konnten, wurden optimiert und anschließend in simulierten Magen- und Darmflüssigkeiten getestet. So wollten die Forschenden sicherstellen, dass die gewünschten Eigenschaften auch im Körper erhalten bleiben.
Bei den Tests gab es Überraschungen. Caironi erinnert sich: „Es war sehr aufregend zu sehen, wie unerwartet gut einige exotische Materialien funktionierten. Wie sich herausstellt, eignet sich Honig hervorragend als Gate-Material für Transistoren, und das Pigment in Zahnpasta ist ein ausgezeichneter, stabiler Halbleiter.“
Die Materialien wurden mit Verfahren bei niedriger Temperatur, etwa mit dem Tintenstrahldruck, zu elektronischen Bauteilen verarbeitet. Dabei entstanden unter anderem halbleitende Schichten auf Basis von Beta-Carotin, dem Pigment aus Karotten. Ionenleitende Dielektrika stellte das Team aus Honig und Chitosan her, einem Stoff, der aus Schalentieren gewonnen wird. Für Sensoren nutzte es Wasser, Salz, ungiftige Metalle wie Blattgold und Rotkohlsaft.
Das vielleicht erstaunlichste Ergebnis: Im Projekt entstand die weltweit erste essbare und wiederaufladbare Batterie. Ihre Zutaten lesen sich eher wie eine Einkaufsliste als wie ein Datenblatt – Riboflavin, Quercetin (das gelbe Pigment aus Zwiebeln), Nori-Algen, Aktivkohle, essbares Gold und Salzwasser. Das TIME-Magazin nahm diese Batterie in seine Liste der besten Erfindungen 2023 auf.
Mit der essbaren Batterie können sich intelligente Pillen über ein Energy-Harvesting-Modul selbst aufladen. Caironi sagt dazu: „Wir haben die essbare Batterie so weit entwickelt, dass sie die meisten verschluckbaren Geräte mit Strom versorgen kann.“
Auch der Lebensmittelsensor hat eine ganz praktische Aufgabe. Er kann laut Caironi erkennen, ob Lebensmittel aufgetaut und danach wieder eingefroren wurden. Das ist ein Hinweis darauf, dass sie nicht mehr sicher verzehrt werden können.
ELFO trägt nach Angaben von CORDIS zu EU-Zielen wie der personalisierten Medizin und Innovationen bei fortschrittlichen Materialien bei. Das Team hat Patente für eine leitfähige Oleogelpaste und für eine Methode angemeldet, mit der Daten über die natürliche Leitfähigkeit des Körpers übertragen werden.
Die Arbeit geht im Nachfolgeprojekt EAT weiter. „EAT zielt darauf ab, die erste vollständig essbare Pille zur Messung der Magenentleerungszeit zu entwickeln“, erklärt Caironi. Diese Messung ist für die Ernährungswissenschaft wichtig, wenn es um die Erforschung des Sättigungsgefühls geht. Und der Koordinator denkt schon weiter: „Wir wollen diese essbare Pille zu einer Plattform machen, in die künftig weitere Sensoren für andere Anwendungen integriert werden können.“
Das Projekt ELFO zeigt, dass Elektronik nicht zwingend aus giftigen Stoffen bestehen muss. Honig, Beta-Carotin, Rotkohlsaft oder essbares Gold können in Transistoren, Sensoren und sogar in einer Batterie stecken, die sich nach getaner Arbeit einfach verdauen lässt. Das könnte schluckbare Untersuchungen sicherer machen und Elektroschrott vermeiden. Bis zur vollständig essbaren Pille ist es allerdings noch ein Stück Weg – an ihr arbeitet das Team im Projekt EAT weiter.
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