Elektrodennetz entfaltet sich im Gehirn

Die Bioelektronik verknüpft Bauelemente der Mikroelektronik mit biologischen Systemen. Ein Ziel dabei ist es, elektronische Implantate beliebiger Form und Ausdehnung in Gewebe einzusetzen, ohne es zu zerstören. Jia Liu und Kollegen aus den USA und China haben jetzt einen Weg gefunden und beschreiben in dem Fachblatt „Nature Nanotechnology“ ihre Methode.

Ein Netz aus Maschen fließt aus einer kleinen Öffnung auf der rechten Seite des Bilds und breitet sich nach links aus.
Netzförmige Elektronikbauteile

Die Forscher nutzen für die elektronischen Bauteile eine spezielle Netzstruktur, die sich auf ein minimales Volumen zusammenrollen lässt. Dann injizieren sie die winzigen Knäuel mit einer dünnen Spritze in die gewünschten Stellen des Körpers. Dort entfalten die Elektroniknetze sich wieder zu ihrer ursprünglichen Größe und Form. Vorteil von dem Verfahren ist, dass es ohne chirurgischen Eingriff funktioniert – die Bauelemente werden einfach in das Gewebe gespritzt.

Lieber und sein Team haben das Verfahren an Mäusen getestet. Dafür rollten sie ein netzförmiges Geflecht von Elektroden zusammen, füllten es in eine Spritze und injizierten es den Tieren in das Gehirn. Nachdem die Netzstruktur sich entfaltet hatte, konnten sie mit Hilfe der Elektroden die Gehirnaktivität am lebenden Organismus messen. Durch seine Biegsamkeit und die besondere Struktur soll das Bauteil laut der Forscher nur einen minimalen mechanischen Schaden in dem Hirngewebe verursacht haben.

Um die elektronischen Bauteile so stark zu komprimieren, dass sie durch eine Nadelöffnung von 0,1 Millimeter passen, verwenden die Forscher bei den Netzmaschen ein spezielles Design. Die Winkel weichen um 45 Grad von den üblichen rechteckigen Maschen ab. So lassen sich die Netze optimal aufrollen: Zum einen werden sie dadurch sehr klein und zum anderen zerknittern sie dabei weniger als in anderen getesteten Strukturen. Durch weitere Optimierungen der Designparameter konnten Elektroniknetze, die 33-mal so groß wie die Nadelöffnung waren, erfolgreich in Gewebe injiziert werden – ohne mechanische Brüche oder elektrische Störungen. Bei dem herkömmlichen Design von rechteckigen Maschen funktioniert das nur für Netze, die bis zu 4-mal so groß wie die Öffnung sind.