Cambridge – Elektronische Geräte, die ins Gehirn implantiert werden, um Krankheiten wie Parkinson zu lindern, sind künftig weich und flexibel. Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) stellen sie im 3D-Druck her, also in additiver Fertigung. Die Implantate passen sich den Konturen des Gehirns an, anders als die heute verwendeten, die aus Metall bestehen. Diese verursachen oft Entzündungen und bilden Narbengewebe.
Elektroden fürs Maus-Gehirn
Xuanhe Zhao und sein Team stellen die Geräte aus einem Kunststoff her, der elektrischen Strom leitet. Normalerweise ist dieses Polymer flüssig. Zhao dickte es ein, sodass es eine zahnpastaähnliche Konsistenz bekam. So konnte es mit einem 3D-Drucker verarbeitet werden. Das Team stellte mehrere Geräte her, darunter Elektroden, die sie ins Gehirn einer Maus einsetzten, um dieses zu überwachen.
Während das Tier sich in einer Laborumgebung frei bewegte, liess sich die Aktivität der Gehirnzellen lückenlos überwachen. Angewandt bei Menschen, könnten Neurologen sich so ein genaueres Bild von den Aktivitäten des Gehirns mit dem Ziel machen, bestimmte Krankheiten, ausser Parkinson beispielsweise Epilepsie und Depressionen, besser zu behandeln. «Wir hoffen, dass unsere Machbarkeitsstudie es anderen Forschern ermöglicht, ähnliche elektronische Geräte herzustellen. «Ein neues Design lässt sich innerhalb von 30 Minuten entwickeln», sagt MIT-Absolvent Hyunwoo Yuk.
Nanofasern als Leitelemente
Leitende Polymere sind bereits intensiv erforscht worden. Sie sind leicht und flexibel wie Kunststoffe und leiten Strom fast so gut wie Metalle. Sie werden gern genutzt, um Geräte zu beschichten, sodass statische Aufladungen keinen Schaden an der empfindlichen Elektronik mehr anrichten können. «Sie lassen sich einfach aufsprühen», so Yuk. In dieser Form seien sie für den 3D-Druck jedoch ungeeignet, weil sie sich nicht schichtweise aufbauen lassen.
Also machten sich die Forscher daran, den Kunststoff poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate, oder PEDOT:Pss, zu modifizieren. Die Tinte, die auf dieser Basis gefertigt wird, besteht aus Nanofasern des Kunststoffs und Wasser. Die Nanofasern bilden eine Art Tunnel, durch den der elektrische Strom fliesst. Im ersten Schritt entfernten sie das Wasser per Gefriertrocknung. Dabei sublimiert die Flüssigkeit, sie verdunstet. Das Produkt war hart und brüchig. Mit geringen Mengen an Wasser und einem organischen Lösungsmittel formten sie daraus eine breiige Masse, die sich per 3D-Druck verarbeiten liess. (pte/mc/ps)
