Nanotechnologie: biokompatibler Film, der Abstoßung von Bioelektroden verhindert

Die Entdeckung der Forschungsgruppe Nanoengineering an der Freien Universität Bozen – koordiniert von Prof. Paolo Lugli und seinem Assistenten, dem Forscher Aniello Falco – ist das Ergebnis mehrerer Studien, die in Zusammenarbeit mit dem Center for Synaptic Neuroscience des italienischen Technologieinstituts in Genua und dem Imperial College in London durchgeführt wurden. Die Forschungsarbeit ist Teil des mit europäischen Mitteln geförderten Olympia-Projektes.

Ziel des Olympia-Projekts war die Entwicklung von Biosensoren, innovativen technologischen Lösungen zwischen Neurologie und Elektronik. Eine der Errungenschaften des Projekts ist die Veröffentlichung der Forschungsergebnisse im Nature Scientific Report. Es entstand ein für die Entwicklung der Bioelektronik grundlegendes Produkt: biokompatible, stabile und halbdurchlässige Bioelektroden, die durch kostengünstige Technologie gewonnen werden.

Die im Labor verwendeten Bioelektroden bestehen aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit und Verträglichkeit mit dem menschlichen Gewebe in der Regel aus Gold. Sie müssen mit einer Klebeschicht auf einem Träger – typischerweise Glas, Quarz oder biokompatiblem Kunststoff – befestigt werden, der direkt mit menschlichen Zellen in Berührung kommt. „Das bisher verwendete Klebematerial war zumeist Chrom“, erläutert Aniello Falco, „mit dem Nachteil, dass es zytotoxisch ist.“

Der Klebstoff, der in den Labors der Fakultät für Naturwissenschaften und Technik als Ersatz für Chrom verwendet wurde, heißt SU8. Er ist ein Photopolymer, ein chemisch inerter Film, der durch einfaches ultraviolettes Licht weicher oder härter wird und sich daher leicht formen lässt. Die SU8 wird in einem einfachen photolithographischen Verfahren zu einem potentiell sehr niedrigen Preis bearbeitet. Die Forscher der unibz sind die ersten, denen es möglich erscheint, sie im Bereich Biosensorik als Elektrodenhaftmaterial einzusetzen.

„Der SU8, der an Gold viel besser haftet als Chrom oder Titan, erlaubt es auch, beliebige Formen für die Elektroden zu definieren, sodass das Aktionspotenzial von Neuronen genauer abgelesen werden kann. Deshalb kann es für genauere Untersuchungen am Gehirn genutzt werden“, ergänzt der Forscher von unibz.

Seine natürliche Verwendung könnte in der Epilepsieforschung liegen. Die nur wenige Mikrometer großen goldenen Bioelektroden könnten ohne Abstoßungsprobleme in das Gehirn implantiert werden und würden es ermöglichen, die elektrische Aktivität des Gehirns wesentlich feiner zu messen, als dies derzeit über das Elektroenzephalogramm möglich ist.

Der Forscher geht davon aus, dass SU8 neben der Diagnose auch in der Rehabilitation eingesetzt werden kann. Ein bahnbrechendes Ergebnis für Chirurgen, die mit einer Operation zur Wiederherstellung der Sehkraft bei Menschen mit beschädigter Netzhaut zu kämpfen haben. „Durch den Film wird es möglich sein, Chips mit geringerer Abstoßungswahrscheinlichkeit unter den Sehnerv einzuführen, was die Arbeit von Ärzten und Biotechnologen bei der Wiederherstellung des beeinträchtigten Sehvermögens unterstützt“, schließt Aniello.

„Das Ergebnis reiht sich nahtlos ein in unsere Forschungstätigkeit, die darauf ausgerichtet ist, innovative Technologien zu entwickeln, die auf Druckvorgängen basieren“, bestätigt Prof. Paolo Lugli, Rektor der Freien Universität Bozen und Mitverfasser des Forschungsartikels.

„Dank dieses Ergebnisses wird es möglich sein, kostengünstige elektronische Komponenten und –kreisläufe, wie bei einem herkömmlichen Inkjet-Drucker, auf nicht gewöhnlichen Oberflächen wie beispielsweise Plastik, Glas oder Papier herzustellen. Neben Anwendungen im medizinischen Bereich, die für den Wissenschaftsartikel von großer Relevanz waren, denken wir bereits über andere Einsatzgebiete im Bereich der Sensortechnologie, der Präzisionslandwirtschaft und der intelligenten Textilien nach.