OECT: Polymer-Elektrode soll bessere Daten aus dem Gehirn liefern

Elektroden aus einem Polymer und einem flüssigen Elektrolyt können Signale aus dem Gehirn besser erfassen als herkömmliche Elektroden. Forscher aus Frankreich fanden ein bemerkenswertes Detail über die Funktionsweise der neuartigen Elektroden heraus.

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Menschliches Gehirn (Symbolbild): genauer und günstiger als siliziumbasierte Elektroden
Menschliches Gehirn (Symbolbild): genauer und günstiger als siliziumbasierte Elektroden (Bild: Darpa)

Bessere Daten aus dem menschlichen Gehirn sollen organische, elektrochemische Transistoren (Organic Electrochemical Transistor, OECT) liefern. Sie sollen empfindlicher sein als herkömmliche Elektroden und zudem günstiger in der Herstellung.

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OECTs bestehen aus einem leitfähigen Polymer und einem flüssigen Elektrolyt. Sie sollen als Verbindung zwischen Gewebe, etwa dem Gehirn, und konventionellen elektronischen Geräten dienen. Allerdings verstehen Forscher noch nicht genau, wie die OECTs funktionieren. Eine Gruppe um George Malliaras von der École Nationale Supérieure des Mines in Saint-Étienne in Frankreich hat eine wichtige Erkenntnis gewonnen: Die Leistung der OECTs hängt von ihrer Dicke ab.

Die Transkonduktanz gibt an, in welchem Maß ein Gerät ein Signal verstärkt. Bei einem OECT werde sie dadurch bestimmt, wie dick der Transistor sei, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift Science Advances. Die OECTs arbeiten mit einem Austausch von Ionen aus dem Elektrolyt in den Halbleiterkanal aus Polymer. Sind die Polymerkanäle dicker, funktioniert das System besser.

Die Forscher wiesen das mit zwei verschieden dicken OECTs nach, die sie auf dem Schädel einer Testperson anbrachten, um ein Elektroenzephalogramm zu schreiben. Die eine Elektrode war 230 Nanometer dick, die andere 870 Nanometer. Die Transkonduktanz der dickeren Elektrode war dabei etwa doppelt so hoch wie die der dünneren.

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Ein OECT könne eine sehr geringe Änderung eines elektrischen Potenzials zu einer sehr großen Änderung des Stroms verstärken, sagte Malliaras dem US-Wissenschaftsmagazin IEEE Spectrum. Ein OECT ist ungefähr zwei Größenordnungen empfindlicher als eine siliziumbasierte Elektrode.

Bei siliziumbasierten Elektroden wird die Transkonduktanz von der Fläche der Elektrode bestimmt. Soll eine Elektrode jedoch auf einen Schädel oder auf ein Gehirn aufgesetzt werden, lässt sich ihre Fläche nicht ohne weiteres vergrößern.

Da OECTs aus Polymer bestehen, sollen sie sich einfach mit einem Druckverfahren herstellen lassen. Sie sollen nur wenige US-Cent kosten - eine Silizium-Elektrode kostet mehrere US-Dollar. Malliaras glaubt, dass OECTs für die Anwendung außen am Körper in naher Zukunft zur Verfügung stehen. Implantate werden länger dauern, da sie eine Zulassung von den Behörden brauchen.

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