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Bioelektronik: Graphen-Transistoren als Schnittstelle zu Nervenzellen

Münchner Forscher haben Elektroden aus Graphen entwickelt, die als Schnittstelle zu Nervenzellen dienen sollen. Diese sollen neue Anwendungen etwa in der Prothetik ermöglichen.

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Graphen: biokompatibel und empfindlicher als Transistoren aus Silizumtransistoren
Graphen: biokompatibel und empfindlicher als Transistoren aus Silizumtransistoren (Bild: AlexanderAlUS/Wikipedia)

Um eine Verbindung zwischen Mensch und Maschinen herzustellen, bedarf es einer Schnittstelle zu den Nervenzellen. Heute werden dazu meist Chips auf Siliziumbasis genutzt. Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) schlagen ein anderes Material vor: Graphen.

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Graphen ist ein einlagiger Kohlenstoff. Das Material ist ein guter elektrischer Leiter, und es ist biokompatibel, wird also nicht von den Körperflüssigkeiten in Mitleidenschaft gezogen. Da es nur aus einer Atomlage besteht, ist es sehr flexibel. Es ist aber gleichzeitig wegen seiner Kohlenstoffverbindungen sehr stabil.

Keine Verletzungsgefahr

Flexibilität ist eine wichtige Eigenschaft für ein Implantat. Die meisten Elektroden, die heutzutage in den Körper eingesetzt werden, bestehen aus Silizium oder Metall. Beide Materialien sind hart und starr, und sie haben scharfe Kanten. Sie können sich deshalb dem umgebenden Gewebe bei Bewegungen nicht so gut anpassen und es im schlimmsten Fall verletzen. Das soll bei Elektroden aus Graphen nicht passieren.

Die Forscher um Lucas Hess bauten aus Graphen sogenannte Solution-Gated Field Effect Transistors (SGFET) und testeten diese an verschiedenen Gewebetypen, darunter Zellen aus der menschlichen Leber und Nervenzellen aus der Retina. Dabei habe sich nicht nur gezeigt, dass die SGFETs eine sehr gute Biokompatibilität aufwiesen, schreiben die Forscher in einem Aufsatz, der als Preprint auf dem Dokumentenserver Arxiv veröffentlicht ist. Sie seien auch viel empfindlicher als ihre Pendants aus Silizium und diesen deshalb überlegen.

SGFETs eigneten sich deshalb sehr gut für den Einsatz im Körper, schreiben die Forscher. Sie könnten ganz neue Anwendungen im Bereich Biolelektronik ermöglichen, vor allem bei Prothesen mit Verbindung zu Nervenzellen. Das Problem sei derzeit aber noch die Entwicklung von hochleistungsfähigen Bauteilen aus Graphen.

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