Wissenschaftler*innen des MIT entwickeln eine weiche, druckbare, metallfreie Elektrode

Ein neues wackelpuddingähnliches Material könnte Metalle als elektrische Schnittstellen für Herzschrittmacher, Cochlea-Implantate und andere elektronische Implantate ersetzen.

Diese neue Substanz, ein leistungsfähiges, leitfähiges Polymer-Hydrogel, könnte eine metallfreie Alternative zu herkömmlichen Implantaten darstellen.

“Dieses Material funktioniert wie Metallelektroden, besteht aber aus Gelen, die unserem Körper ähnlich sind und einen ähnlichen Wassergehalt haben”, sagt Hyunwoo Yuk, Mitbegründer von SanaHeal, einem Startup-Unternehmen für medizinische Geräte. “Es ist wie ein künstliches Gewebe oder ein Nerv.”

Die größte Herausforderung bestand darin, ein Material zu entwickeln, das sowohl leitfähig als auch robust ist. Frühere Ansätze zur Mischung leitfähiger Polymere mit Hydrogelen führten zu Materialien, die entweder zu spröde oder elektrisch unterlegen waren.

Die Forscher*innen entwickelten ein neues “Rezept”, das die elektrischen und mechanischen Eigenschaften beider Bestandteile verbessert. Sie mischten sie so, dass sie sich leicht abstoßen und bildeten so mikroskopisch kleine, kontinuierliche Stränge, die eine robuste, leitfähige Struktur bildeten.

“Wir glauben, dass wir zum ersten Mal eine zähe, robuste, wackelpuddingähnliche Elektrode haben, die potenziell Metall ersetzen kann, um Nerven zu stimulieren und mit dem Herzen, dem Gehirn und anderen Organen im Körper in Kontakt zu treten”, fügt Xuanhe Zhao, Professorin für Maschinenbau und für Bau- und Umwelttechnik am MIT, hinzu.

Zhao und Yuk veröffentlichten ihre Ergebnisse erstmals in Nature Materials. Zu den Co-Autoren der Studie gehören der Erstautor und ehemalige MIT-Postdoc Tao Zhou, der jetzt Assistenzprofessor an der Penn State University ist, sowie Kollegen der Jiangxi Science and Technology Normal University und der Shanghai Jiao Tong University.

Die “elektrische Spaghetti” wurde dann zu einer druckbaren Tinte verarbeitet, die in Implantate geformt und in Ratten erfolgreich getestet wurde. Sie zeigte eine stabile Leistung und verursachte minimale Entzündungen oder Narbenbildung im umliegenden Gewebe.

Dieses Material könnte eine neue Generation von flexibleren und körperverträglicheren elektronischen Implantaten ermöglichen.

“Das Ziel unserer Gruppe ist es, Glas, Keramik und Metall im Inneren des Körpers durch etwas wie Götterspeise zu ersetzen, damit es unschädlicher ist, aber eine bessere Leistung hat und lange hält”, sagt Zhao. “Das ist unsere Hoffnung.”