DE19748173A1 - Elektronikbauelemente einschließlich Sensoren - Google Patents

Description

Die Erfindung ist in der gesamten Elektronik einsetzbar.

Bekannt sind elektronische Bauelemente, die von der Funktion her mit unterschiedlichsten Materialien aufgebaut sind. Die Entwicklungsziele orientieren auf die Erfüllung der Funktion in hoher Qualität, eine möglichst große Lebensdauer und eine preiswerte Herstellung.

Erreicht ein damit aufgebautes Gerät das Ende seiner Lebensdauer oder soll es entsorgt werden, so ist der anfallende Elektronikschrott schwer zu vernichten, zu recyclen oder sonst­ wie zu verwenden.

Aufgabe der Erfindung ist, Elektronikbauelemente zu finden, die die Entsorgung einfach gestalten.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß elektronische Bauelemente einschließlich dazugehörender physikalischer, chemischer, biologischer Sensoren auf der Grundlage biologisch abbaubarer Biopolymere wie Poly-β-Hydroxybuttersäure (PHB) oder ihren Copoly­ meren oder Mischungen mit diesen oder weiteren Vertretern der Poly-β-Hydroxyfettsäuren realisiert sind. Diese sind biologisch mit Mikroorganismen oder Pflanzen herstellbar und werden auch durch Mikroorganismen und Enzyme abgebaut. Von den elektronischen Bau­ elementen bleiben nach dem biologischen Abbauprozeß nur Dotierungs-, Legierungs-, Mischungs- und/oder Beschichtungsmaterialien übrig. Deren Anteil am elektronischen Bau­ element ist in der Regel verschwindend klein.

Der biologische Abbauprozeß für eine Verschrottung kann auf dem Komposthaufen erfolgen oder aber in einer dafür eingerichteten Anlage. Es können auch Depots in den Elektronik­ bauelementen oder in ihrer Nähe eingerichtet sein, die den Abbau nach Initialisierung in Gang bringen. Die Initialisierung kann sowohl durch einen Wärmeimpuls als auch durch einen kombinierten Wärme-Feuchte-Impuls ausgelöst werden. Die Feuchte kann dabei durch Einstellen des Taupunktes oder durch eine chemische Reaktion mit Wasserabspal­ tung besorgt sein.

Die Erfindung soll nachfolgend an Beispielen erläutert werden.

Fig. 1 zeigt den Aufbau und den Abbau von PHB, wobei die Enzyme β-Ketothiolase (1), NADPH-abhängige Acetoacetyl-CoA-Reduktase (2), NADH-abhängige Acetoacetyl-CoA- Reduktase (3), P(3HB)/PHF-Synthase (4), P(3HB)/PHF-Depolymerase (5), D-(-)-β-Hydroxy­ buttersäure-Dimer-Hydrolase (6), D-(-)-β-Hydroxybuttersäure-Dehydrogenase (7) und Aceto­ acetyl-CoA-Synthase (8) wirksam sind.

Fig. 2 zeigt ein allgemeines Substrat (9) aus PHB. In dieses Substrat sind durch Laser Löcher gebohrt, die durch Verkupferung, Graphitierung oder Laserumwandlung leitend ge­ macht wurden (10). Der Abbau erfolgt zunächst durch eine Depolymerase, die das Makro­ molekül in Monomere und einen gewissen Anteil (15-20%) von Dimeren der Hydroxy­ buttersäure zerlegt. Durch eine spezifische D-(-)-β-Hydroxybuttersäure-Dimer-Hydrolase wird die Spaltung des Hydroxybuttersäure-Dimers katalysiert. Die entstandenen Monomere, d. h. Hydroxybuttersäure-Moleküle fließen über eine ATP-verbrauchende, durch die Acetyl- CoA-Synthase katalysierte Reaktion wieder in den Acetyl-CoA-pool der Zelle ein. Damit steht dieses Molekül dem zentralen C-Metabolismus der Mikroorganismuszelle zur Verfügung und kann zum Aufbau von zelleigenen Strukturen (Biomasse) oder zur Energiegewinnung ge­ nutzt werden.

In letzterem Fall erfolgt letztlich über den Tricarbonsäure-Zyklus (TCA-Zyklus) und die Atmungskette der Abbau zu Kohlendioxid (CO₂) und Wasser. Da das PHB-Molekül nur aus den Atomen C, O und H besteht, können beim vollständigen Abbau nur CO₂ und Wasser entstehen. Übrig bleiben minimale Mengen der leitenden Bahnen (10).

Fig. 3 zeigt ein Substrat wie in Fig. 2 aber mit einer Schicht aus einem leitenden Polymer (11), z. B. Poly(2,5-furylen-vinylen) (PFV). Dieses regiert auf bestimmte Gase durch eine Leitfähigkeitsänderung und ist damit ein Gassensor.

Fig. 4 zeigt schematisch auf einem Substrat nach Fig. 2 eine mäandrierende Widerstands­ bahn (12) und eine laterale Kapazität (13).

Fig. 5 zeigt ein Substrat nach Fig. 2 mit zwei verschiedenen ionensensitiven Elektroden (14) und (15).

Fig. 6 zeigt ein Substrat aus PHB mit eingelagerten Farbpigmenten (16) einer enantioselek­ tiven Farbe z. B. zur Detektion eines pH-Wertes mittels Durchstrahlung durch eine Licht­ quelle.

Fig. 7 zeigt ein Substrat aus PHB wie in Fig. 6 mit eingelagerten Farbreaktionen zeigenden Enzymen (17). Bei Durchstrahlung und Einwirkung einer zu messenden Konzentration ändert sich das Spektrum. Das kann für einen Sensor genutzt werden.

Fig. 8 zeigt auf einem PHB-Substrat aufgebrachte Leiterbahnen (18) aus Kupfer und Lötbums (19) aus leitfähigem Kleber.

Fig. 9 zeigt die Ausgestaltung eines PHB-Substrats als Gehäuse (20) mit innen geführten Leiterbahnen (21) und nach außen geführten Verbindungen (22).

Alle in Fig. 2 bis Fig. 9 gezeigten elektronischen Bauelemente bestehen aus dem Material PHB, welches biologisch in Wasser und Kohlendioxid abgebaut wird, wenn die entspre­ chenden Bedingungen geschafft werden.

Claims (2)

1. Elektronikbauelemente einschließlich Sensoren, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Biopolymer wie Poly-β-Hydroxybuttersäure (PHB) und/oder deren Copolymeren oder Mischungen mit diesen oder weiteren Vertretern der Poly-β-Hydroxyfettsäuren be­ stehen und eine definierte Verschrottung mittels biologischem Abbau auslösbar ist.

2. Elektronikbauelemente einschließlich Sensoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sie ein Depot aus Mikroorganismen und/oder Enzymen enthalten oder in ihrer Nähe ein solches vorhanden ist, welches durch Initialisierung für den biologischen Abbau aktivierbar ist.