Verbesserung der Stabilität von Elektrodenarrays

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Credits to M. Vomero, Dr D. Ricci, M. Cruz, V. Faria

In der Welt der Neuroimplantate ist eine der großen Herausforderungen, elektrisch funktionsfähige Implantate herzustellen, die als Schnittstellen mit dem Nervensystem keine Schädigungen hervorrufen oder selbst beschädigt werden. Die Wechselwirkungen zwischen natürlich und artifiziell sind äußerst komplex und ein erfolgreicher Einsatz beruht auf dem molekularen Gleichgewicht grundsätzlich unterschiedlicher Systeme. Die chemische und mechanische Zusammenführung verschiedener Materialien in einem Implantat stösst jedoch an Grenzen, vor allem im Langzeiteinsatz, wenn sich dieses in einer feuchten, warmen und salzhaltigen Umgebung wie dem menschlichen Körper befindet. Hier besteht ein hohes Risikio des Verfalls, der Ablösung von Schichten und der Korrosion. Dies kann zu einem Verlust der Funktionalität, aber auch zur Verletzung des umgebenden Gewebes durch feste Partikel oder laugende Agenzien führen.

Ein Lösungsansatz für dieses Problem besteht darin, haftungsfördernde Zwischenschichten zu verwenden, die zu einer starken Bindung zwischen chemisch und physikalisch unterschiedlichen Materialien führen. Je nach Anwendung und Zielspezifikationen können die Komponenten eines Implantates tatsächlich aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Kohlenstoff wird häufig in der Biosensorik von Neurotransmittern und bei der elektrischen Stimulation eingesetzt, im Bereich der Neurotechnik hat es zunehmend an Bedeutung gewonnen. Flexible Elektroden auf Polymersubstraten (wie Polyimide) mit integrierten Metallschienen und glasartigen Kohlenstoffelektroden haben jedoch viele Schnittstellen, die langfristig anfällig für Defekte aufgrund von Materialablösung sind.

In ihrem Artikel in Advanced Biosystems untersuchen Vomero et al., ob sie mit der Integration bindungsfördernder Materialien (z.B. Siliziumcarbid und diamantartiger Kohlenstoff) in flexible Dünnschicht-Kohlenstoff-Neuroimplantate starke und feuchtigkeitsresistente Schnittstellen erzeugen können, die als stabile und nicht-delaminierende Implantate einsetzbar sind. Sie testen die Stabilität ihrer fortschrittlichen Elektroden-Technologie mit einer Vielzahl von Experimenten, in vitro und in vivo, und finden keine Anzeichen von Ablösungsprozessen oder Versagen der hergestellten Implantate. Diese Studie zeigt in einer detailorientierten Weise, dass es möglich ist, ein funktionsfähiges und stabiles System herzustellen, welches aus einer Vielzahl von Komponenten besteht, die unter Benutzung von Ad-hoc-Zwischenschichten vermischt werden.

Der Originalartikel ist hier frei zugänglich.

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