Nanotechnologie: Transistoren aus Graphen erfassen elektrische Zellaktivität

Forscher aus München und Jülich haben Transistoren aus Graphen entwickelt, mit denen sie elektrische Signale aus Zellen mit einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung aufzeichnen können.

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Zellen auf einem Transistor aus Graphen
Zellen auf einem Transistor aus Graphen (Bild: TU München)

Einen Chip aus Graphen, der die elektrischen Signale von Nervenzellen erfassen kann, haben Forscher der Technischen Universität in München und des Forschungszentrums Jülich gebaut. Die Studie habe gezeigt, dass das Material gut geeignet sei für künftige bioelektrische Anwendungen, schreiben sie im Fachmagazin Advanced Materials.

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Der Chip besteht aus einer Anordnung von 16 Feldeffekttransistoren aus Graphen auf einer Kupferfolie. Darauf züchteten die Wissenschaftler Zellen, die denen des Herzmuskels ähneln. Die Transistoren konnten die Aktionspotenziale jeder Zelle mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung messen.

So konnten die Forscher die Ausbreitung von Impulsspitzen verfolgen, die in Abständen im zweistelligen Millisekundenbereich aufeinander folgten - in etwa so wie sich auch Aktionspotenziale durch Zellschichten ausbreiten würden. Wurden die Zellen dem Stresshormon Noradrenalin ausgesetzt, zeichneten die Transistoren einen vergleichbaren Anstieg in der Frequenz der Impulsspitzen auf.

Bioelektrische Chips könnten in Zukunft beispielsweise in das Gehirn, in Augen oder Ohren implantiert werden, um gestörte Nervenverbindungen wieder herzustellen. Bislang werden solche Chips aus Silizium hergestellt. Das Material kann auf flexiblen Substraten brechen oder durch die Flüssigkeit einer Zelle beschädigt werden. Dem Graphen hingegen sollen die Bedingungen im Körper weniger anhaben können. Hinzu kommt seine hohe Leitfähigkeit sowie die Möglichkeit, dass es künftig günstig produziert werden kann.

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Ihre weitere Arbeit werde, erklärt Jose Antonio Garrido von der TU München, darin bestehen, das schon recht gute Rauschverhalten des Transistoren zu verbessern sowie die Technik weiterzuentwickeln, um den Chip auf flexible Trägermaterialien wie Parylene oder Polyimide aufzubringen, die für Implantate eingesetzt werden.

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