Medizinische Sensoren aus dem Tintenstrahldrucker

Medizinische Sensoren aus dem Tintenstrahldrucker

Mikroelektroden messen elektrische Signale direkt an Gehirn oder Herz. Dafür werden weiche Materialien benötigt, auf denen die Elektroden bislang nur mit großem Aufwand angebracht werden konnten. Forscher haben jetzt einen weitaus effizienteren Weg gefunden und die Elektroden direkt auf verschiedene weiche Oberflächen gedruckt.

Dem Team der TU München und des Forschungszentrums Jülich ist es gelungen, ein Gummibärchen zu bedrucken. Keine Spielerei, sondern möglicherweise ein neuer Weg für die medizinische Diagnostik. Denn die Wissenschaftler haben ein Mikroelektroden-Array gedruckt. Diese Bauteile bestehen aus einer großen Zahl an Elektroden und können Veränderungen der elektrischen Spannung in Zellen messen

Die Gummibärchen haben eine Eigenschaft, die für den Einsatz von Mikroelektroden-Arrays an lebenden Zellen besonders wichtig ist: Sie sind weich. Mikroelektroden-Arrays gibt es schon lange. In ihrer ursprünglichen Form bestehen sie aus harten Materialien wie Silizium. Das hat Nachteile beim Kontakt mit lebenden Zellen: Im Labor verändern sich Form und Zusammenschluss der Zellen – im Körper können sie Entzündungen auslösen und die Funktionsweise von Organen beeinträchtigen.

Rapid Prototyping in der Forschung

Mit Elektroden-Arrays auf weichen Materialien lassen sich diese Probleme vermeiden. Dementsprechend intensiv wird an ihnen geforscht. Bislang wird setzen Wissenschaftler meist auf traditionelle Methoden, die relativ langwierig und auf kostspielige Speziallabore angewiesen sind. Druckt man die Elektroden stattdessen, kann man vergleichsweise schnell und günstig einen Prototyp herstellen und ihn ebenso problemlos überarbeiten – Rapid Prototyping.

Die Forscher nutzen eine Hightech-Variante des Tintenstrahldruckers. Die Elektroden selbst drucken sie mit kohlenstoffhaltiger Flüssigkeit. Damit die Sensoren keine ungewollten Signale aufzeichnen, wird über die Kohlenstoffbahnen eine neutrale Schutzschicht aufgetragen.

Dass die Sensoren zuverlässige Werte liefern, konnte das Team durch Experimente mit Zellkulturen nachweisen. Mit einer durchschnittlichen Breite von 30 Mikrometern ermöglichen sie darüber hinaus Messungen an einzelnen oder wenigen Zellen, was mit etablierten Druckmethoden schwierig zu erreichen ist.

Gedruckte weiche Mikroelektroden-Arrays könnten in verschiedenen Bereichen zum Einsatz kommen. Sie eignen sich nicht nur für einen Rapid-Prototyping-Ansatz in der Forschung, sondern könnten auch die Behandlung von Patienten verändern. In Zukunft könnten ähnliche weiche Strukturen beispielsweise Nerven- oder Herzfunktion im Körper überwachen oder sogar als Schrittmacher dienen.

Bild: © Nouran Adly / TUM