Proxecto H2020 INNPAPER: Electrónica impresa innovadora e intelixente baseada en papel multifuncional: desde o etiquetado intelixente ata as bioplataformas no punto de atención
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2018 -2021
- Orzamento asignado 7.416.491,25 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento Horizonte 2020
- Páxina web do proxecto INNPAPER
A industria electrónica evolucionou enormemente desde o desenvolvemento do primeiro circuíto integrado na década de 1950. A electrónica impresa, orgánica e flexible é unha área de interese crecente. Os dispositivos electrónicos de papel que empregan celulosa, o biopolímero máis abundante na Terra, como substrato e como compoñente funcional mellorarán a sustentabilidade e reducirán os residuos electrónicos.
O proxecto INNPAPER, financiado pola UE, ten como obxectivo desenvolver unha plataforma electrónica configurable común baseada en papel multifuncional. Desenvolverán enfoques innovadores para a fabricación de papel, incluída a funcionalización da (nano)celulosa, e usarán estes para crear a súa plataforma.
A plataforma fabricarase en liñas de fabricación piloto existentes en instalacións asociadas, demostrando a viabilidade empresarial e creando un legado de acceso aberto para os fabricantes da UE.
Durante o segundo período (M13-M30), os principais resultados acadados son os seguintes:
Os papeis adaptáronse para axustarse aos casos de uso con condutividade, hidrofobicidade e porosidade. Demostrouse que unha tinta de nanocelulosa/nanotubos de carbono é un gran material para o sensor de humidade. Probáronse películas de celulosa transparentes con microestrutura e hidrofobicidade personalizadas como posible capa de cuberta para pantallas electrocrómicas.
Para o caso de uso 2 (inmunosensores PoC), desenvolvéronse canais fluídicos imprimibles empregando tintas baseadas en nanocelulosa e tamén se fabricaron papeis biorreativos personalizados con afinidade mellorada dos canais fluídicos baseados en papel coas proteínas e os anticorpos. Establecéronse a liña SUTCO para a produción de nanopapel e a posterior liña de impresión mediante nanoimpresión de rolo a rolo, así como a liña de plasma para a hidrofobización de nanopapel. Ademais, ampliouse a produción de MNFC. Mellorouse a calidade da MNCF e alcanzáronse capacidades de produción de 200 e 5000 kg para básculas piloto e industriais, respectivamente.
En canto aos dispositivos, formuláronse electrolitos de celulosa para baterías impresas e pantallas electrocrómicas seguindo dúas abordaxes: 1) Xeración de electrolitos viscosos con alto contido en sólidos; 2) Electrolitos de hidroxel autoportantes formados por axentes reticulantes. Tanto as baterías impresas coplanares de zinc-carbono funcionais como as pantallas electrocrómicas baseadas en electrólitos de celulosa producíronse con éxito en papel Powercoat.
O sistema de comunicación para interconectar os sensores a unha memoria e intercambiar datos co teléfono tamén foi desenvolvido e probado en entornos reais.
Para o caso de uso 1 (etiquetas intelixentes), requírense dispositivos ambientais impresos: desenvolveuse un sensor de temperatura para medicións entre -10 °C e +60 °C, con resultados moi estables entre -10 °C e +20 °C. Tamén se desenvolveron sensores de humidade cunha boa correlación entre a variación da humidade e a corrente captada. Tamén se probaron os primeiros sensores de presión baseados en papel, con boa resposta.
Para o caso de uso 2 (inmunosensores PoC), están a seguirse diferentes estratexias. Unha das propostas máis innovadoras é a que implica unha canle impresa a base de celulosa porosa, mencionada anteriormente. Os resultados obtidos son prometedores, pero a integración da detección electroquímica aínda non está lista.
Finalmente, para o Caso de Uso 3 (xenosensores PoC), o traballo durante este período centrouse no desenvolvemento de novas capacidades para a microfluídica baseada en papel e na mellora da detección electroquímica baseada en papel.
Para a fabricación da plataforma común e os tres casos de uso, realizouse o deseño final. O desenvolvemento dunha placa de circuíto impreso de probas de depuración abordouse para probar ambos os elementos. Deseñáronse e fabricáronse dúas plataformas electrónicas (unha para os casos de uso 1 e 3 e outra para o caso de uso 2). Probouse con éxito unha aplicación gratuíta para teléfonos intelixentes para recompilar, visualizar e almacenar datos na nube.
As primeiras probas de fabricación da plataforma común en papel mediante serigrafía realizáronse con éxito seguindo o seguinte fluxo de proceso: 1) impresión das pistas condutoras, a antena e as almofadas de conexión; 2) serigrafía; 3) Impresión da batería. Verificouse a funcionalidade dos diferentes dispositivos. Os seguintes pasos son a selección e colocación dos compoñentes de silicio e a súa caracterización.
A estratexia de comunicación centrouse no desenvolvemento comunitario e na participación das partes interesadas a través do boletín informativo, as redes sociais, as actividades da gabinete de prensa e as comunicacións de eventos. Lanzouse unha convocatoria aberta para novas ideas ( https://innpaper.eu/open-call/ ). Xa se publicaron catro artigos científicos en revistas científicas revisadas por pares e presentáronse dous máis. Ademais, xeráronse catro solicitudes de patente.
A crecente produción e uso de dispositivos electrónicos de curta duración xera hoxe en día un volume cada vez maior de residuos electrónicos, que se están a converter nun problema ambiental e de saúde crecente debido ao seu contido de substancias perigosas. Para abordar o rápido crecemento do fluxo de residuos, o tratamento, a reciclaxe e/ou a reutilización dos produtos electrónicos ao final da súa vida útil son esenciais. Neste contexto, o uso de papel como parte funcional dos compoñentes electrónicos semella unha solución prometedora. A pesar do gran potencial do papel como compoñente central dos dispositivos electrónicos, os sistemas electrónicos baseados en papel existentes aínda son escasos.
O proxecto INNPAPER ten como obxectivo proporcionar unha plataforma electrónica libre de plástico que integre tres dispositivos baseados en papel (batería, pantalla e sistema NFC) impresos nunha folla de papel multifuncional.
A plataforma está deseñada para permitir a produción posterior de múltiples casos de uso mediante a incorporación de compoñentes e sensores específicos. A viabilidade e versatilidade da plataforma demostrarase no proxecto mediante a xeración de tres casos de uso:
- Etiquetas intelixentes para envases de alimentos
- Inmunoensaios cuantitativos de PoC para a detección de drogas (THC) e cafeína
- Ensaios xenéticos PoC para o diagnóstico rápido de enfermidades infecciosas
Ao ser flexible, facilmente pregable e reciclable, o papel como substrato e parte funcional de dispositivos electrónicos portátiles, sen fíos e/ou desbotables está a emerxer como unha estratexia prometedora para desenvolver produtos electrónicos sostibles que contribúan á redución dos residuos electrónicos.
INNPAPER é un proxecto baseado en casos de uso que ten como obxectivo proporcionar unha plataforma electrónica configurable común baseada en papel multifuncional.
O primeiro reto clave do proxecto será o desenvolvemento de enfoques innovadores para a fabricación de papel, incluída a funcionalización da (nano)celulosa, para xerar papel con propiedades personalizadas (por exemplo, (super)hidrofobicidade/filicidade, condutividade, etc.) a nivel superficial e a granel. Baseándose nestes avances, desenvolverase unha plataforma común configurable que comprenderá unha variedade de dispositivos baseados en papel (batería impresa, pantalla electrocrómica, antena e circuíto electrónico híbrido), no que o papel actuará como substrato e compoñente activo.
A plataforma común será a base para a fabricación posterior dunha variedade de casos de uso que abarcan diferentes sectores industriais, en particular o envasado e as probas no punto de atención (PoC) (seguridade, trazabilidade alimentaria, médico). As plataformas baseadas en papel fabricaranse en liñas piloto de impresión e fabricación híbridas existentes situadas en instalacións asociadas, o que proporcionará non só unha justificación económica para a electrónica baseada en papel de alto impacto, senón tamén unha rede de liñas piloto de acceso aberto para o proxecto posterior á UE.
Implementarase unha estratexia de ecodeseño, incluíndo cuestións de sustentabilidade e reutilización. Desenvolverase un plan operativo e de negocios para garantir o uso rendible das liñas piloto a curto e longo prazo e a comercialización das plataformas de papel resultantes.
A consecución dos obxectivos de INNPAPER apoiará á industria da UE na aparición da Internet das Cousas, fortalecerá as industrias da fabricación de papel e da tala de madeira e posicionará á UE na xestión ambiental dos residuos electrónicos.
INNPAPER desenvolverá e demostrará unha nova plataforma baseada en papel, configurable, disruptiva e sostible para a electrónica. Un dos principais avances será a substitución completa do plástico por papel. Para conseguilo, o WP2 combinará propiedades personalizadas individuais nunha única folla de papel para xerar un papel multifuncional altamente innovador que satisfaga as necesidades dos dispositivos e aplicacións electrónicas previstas para INNPAPER.
Ademais, en INNPAPER, a celulosa non só será un substrato inerte, senón que tamén se empregará como material electrónico e compoñente activo. Así, en INNPAPER, o papel actuará como colector de corrente e eléctrodo intrínseco (papel condutor/semicondutor), como matriz para aloxar as especies electrocrómicas e o electrolito en pantallas electrocrómicas (ECD), como aditivo para axustar a viscosidade das tintas, como illante en baterías, etc.
A plataforma configurable será a base para a fabricación de casos de uso de INNPAPER.
Ao demostrar a súa multifuncionalidade, as solucións INNPAPER mellorarán o atractivo do papel como substituto dos materiais que se empregan habitualmente na electrónica impresa, como os materiais de poliimida e epoxi, así como outras películas plásticas (PET, PEN), reducindo así o impacto ambiental da electrónica.
Ademais, ao conectar a industria europea da fibra forestal coa comunidade da electrónica impresa en torno a liñas piloto abertas xa dispoñibles nos RTO, INNPAPER terá un grande impacto ao proporcionarlle á industria novas oportunidades de mercado baseadas na electrónica en papel para unha ampla gama de áreas de aplicación.
Finalmente, dado que a plataforma común e os casos de uso incluirán diferentes dispositivos electrónicos, INNPAPER demostrará o uso de papel/celulosa como solución para proporcionar sistemas electrónicos sostibles nunha ampla gama de aplicacións.
INNPAPER desenvolverá e demostrará unha nova plataforma configurable, disruptiva e sostible para a electrónica. Un dos principais avances será a substitución completa do plástico por papel. Para conseguilo, o WP2 combinará propiedades individuais e personalizadas nunha soa folla de papel para crear un papel multifuncional altamente innovador que satisfaga as necesidades dos dispositivos electrónicos e as aplicacións previstas por INNPAPER. Ademais, en INNPAPER, a celulosa non só será un substrato inerte, senón que tamén se empregará como material electrónico e compoñente activo. Así, en INNPAPER o papel actuará como colector de corrente e eléctrodo intrínseco (papel condutor/semicondutor), como matriz para aloxar as especies electrocrómicas e o electrolito en pantallas electrocrómicas (ECD), como aditivo para axustar a viscosidade das tintas, como illante en baterías, etc. A plataforma configurable será a base para a fabricación de casos de uso de INNPAPER. Ao amosar a súa multifuncionalidade, as solucións de INNPAPER mellorarán o atractivo do papel como substituto dos materiais de uso común na electrónica impresa, como os materiais de poliimida e baseados en epoxi, así como outras películas plásticas (PET, PEN), reducindo así o impacto ambiental da electrónica. Ademais, ao conectar a industria europea da fibra forestal e a comunidade da electrónica impresa en torno a liñas piloto abertas xa dispoñibles nos RTO, INNPAPER terá un impacto significativo ao proporcionar á industria novas oportunidades de mercado baseadas na electrónica en papel para unha ampla gama de áreas de aplicación. Finalmente, dado que a plataforma común e os casos de uso incluirán diferentes dispositivos electrónicos, INNPAPER demostrará o uso de papel/celulosa como solución para proporcionar sistemas electrónicos sostibles nunha ampla gama de aplicacións.
- FUNDACION CIDETEC (CIDETEC)
Proxectos relacionados
