Ingenieure des Massachusetts Institute of Technology (MIT) forschen nach weichen, flexiblen neuronalen Implantate, die sich an die Konturen des Gehirns anpassen und dazugehörige Geräte, die die Aktivität über längere Zeiträume überwachen können, ohne das umgebende Gewebe zu verschlimmern. Eine solche flexible Elektronik könnte eine weichere Alternative zu vorhandenen Elektroden auf Metallbasis sein, die zur Überwachung der Gehirnaktivität entwickelt wurden, und kann auch bei Gehirnimplantaten nützlich sein, die neurale Regionen stimulieren, um Symptome von Epilepsie, Parkinson-Krankheit und schwerer Depression zu lindern.

Entwicklung neuer neuronale Sonden und anderer elektronischen Geräte im 3D-Druck

Unter der Leitung von Xuanhe Zhao, Professor für Maschinenbau sowie Bau- und Umweltingenieurwesen, hat das MIT-Forschungsteam nun eine Möglichkeit entwickelt, neuronale Sonden und andere elektronische Geräte, die so weich und flexibel wie Gummi sind, im 3D-Druck zu produzieren. Diese neuen elektronischen Geräte, die ins Gehirn implantiert werden, um Krankheiten wie Parkinson zu lindern, sind künftig weich und flexibel. Das Team stellte mehrere Geräte her, darunter Elektroden, die sie ins Gehirn einer Maus einsetzten, um dieses zu 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 gerne genutzt, um Geräte zu beschichten, sodass statische Aufladungen keinen Schaden an der empfindlichen Elektronik mehr anrichten können. "Sie lassen sich einfach aufsprühen", so Yuk weiter. 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.