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Das Gehirn sicher stimulieren

Weiche Drähte aus Gold verbinden Nerven und Elektronik

27. August 2024, 15:25 Uhr | Ute Häußler

Die Weichelektroden sind dehnbar und können so den Bewegungen des Körpers folgen, ohne das Gewebe zu beschädigen. Sie bestehen aus extrem dünnen Fäden aus Gold und weichem Silikonkautschuk.

Gegen Probleme wie bei Neuralink: Weiche Nanodrähte aus Gold können helfen, Elektronik sicher an das gallertartige menschliche Nervensystem anzuschließen. Neuroimplanate und Hirnstimulatoren sollen damit Krankheiten wie Epilepsie, Parkinson, Lähmungen oder chronische Schmerzen zuverläßiger lindern.

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Wenn es an der Verbindung hapert: Neuralink, die Medizintechnikfirma von Elon Musk, wurde bei ihrem ersten Patienten und dessen Hirn-Computer-Schnittstelle (BCI, Brain Computer Interface) mit unerwarteten Problemen konfrontiert: Die winzigen Drähte des Implantats zogen sich aus ihrer Position zurück, was die Datenübertragung beeinträchtigte und die Leistungsfähigkeit des BCI-Systems einschränkte.

Während Neuralink nun mehr Daten über verbleibende Drähte sendet, werfen die Schwierigkeiten werfen ein Schlaglicht auf die komplexe Integration von Elektronik in das empfindliche, weiche Gewebe des menschlichen Gehirns. Neuartige Nanodrähte aus Gold, die in Schweden entwickelt wurden, sollen BCI-Schnittstellen verläßlicher und sicherer machen.

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Innovative Materialwissenschaft und Herstellung

Denn während traditionelle Leiter in der Elektronik hart und starr sind, haben Forscher der Linköping University unter der Leitung von Professor Klas Tybrandt ihre Verbindungsleitungen in ein elastisches Material eingebettet. Die weichen Mikroelektroden kombinieren damit hohe elektrische Leitfähigkeit mit Biokompatibilität und sind sanfter zum Gewebe als herkömmliche harte Elektroden.

Siliconkautschuk, ein Material, das häufig in medizinischen Implantaten verwendet wird, bildet die Basis dieser Elektroden, die auch Gold und Platin enthalten – Metalle, die in klinischen Geräten üblich sind. Die Herstellung langer, schmaler Goldstrukturen war bislang problematisch, doch Laura Seufert, Doktorandin in Tybrandts Forschungsgruppe, entwickelte eine Methode, bei der Gold auf einer Silbernanodraht-Vorlage »gewachsen« wird. Nach der Entfernung des Silbers bleibt ein Material zurück, das zu über 99 Prozent aus Gold besteht. Diese Technik umgeht die Schwierigkeiten, die mit der direkten Herstellung von Goldnanodrähten verbunden sind.

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Langfristige Stabilität und Anwendung

In klinischen Tests konnten die Forschenden zeigen, dass diese weichen und elastischen Mikroelektroden in der Lage sind, Nerven bei Ratten zu stimulieren und Signale von ihnen zu erfassen. Die Langlebigkeit des Materials wurde auf mindestens drei Jahre getestet, was es für langfristige Anwendungen im Körper geeignet macht.Die Forscher arbeiten derzeit daran, das Material weiter zu verfeinern und kleinere Elektroden zu entwickeln, die noch näher an Nervenzellen herankommen können. Das neue Verbindungsmaterial soll einen Meilenstein für die Entwicklung von Gehirn-Schnittstellen und andere Neurostimulatoren markieren und die Art und Weise, wie elektronische Geräte mit dem menschlichen Körper interagieren, deutlich voranbringen. (uh)