Selbstorganisierende Nanotechnologie: Die Polymer-Elektronik-Manchetten rollen sich nach gezielten Signalen (zum Beipsiel Änderungen der Temperatur oder des ph-Wertes) um heilungsbedürftige Nervenfasern. Graphik: IFW Dresden
Sächsische Forscher entwickeln selbstorganisierende Nano-Strukturen für Medizin
Dresden/Chemnitz, 21. November 2015. Prof. Oliver G. Schmidt aus Dresden hat mit anderen sächsischen Forschern Nano-Wundverbände entwickelt, die sich auf Befehl selbstständig um geschädigte Nervenbahnen rollen und diese stimulieren können. Das teilte das Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) Dresden mit, an dem Prof. Schmidt das Teilinstitut für Integrative Nanowissenschaften leitet. Der Forscher ist zudem Professor für Materialsysteme der Nanoelektronik an der TU Chemnitz.
Prof. Oliver G. Schmidt. Foto: IFW Dresden
Winzige Verbände aus Hydrogelen und biegsamer Elektronik
Die winzig kleinen Neural-Wundverbände bestehen aus organischen Molekülketten (Polymeren), die Schmidt und sein Team mit biegsamer Elektronik versehen haben. Konkret konstruierten die Forscher ihren Prototypen aus Hydrogelen und kombinierten dieses Polymer mit einem flexiblen Verstärker sowie einer Logikeinheit auf der Basis von Gallium-Zink-Oxid-Transistoren. Die Wissenschaftler konnten dieses Nano-Bauteil gezielt dazu bringen, sich zusammenzurollen oder wieder aufzurollen – indem sie zum Beispiel die Temperatur oder die chemische Zusammensetzung der umgebenden Lösung änderten oder sie saurer machten.
„Die elektronischen Bauteile behalten dabei ihre volle Funktionalität, egal ob die Manschette plan, gebogen oder zu einem Röhrchen aufgerollt ist“, betonten die IFW-Forscher. „Dabei werden Durchmesser von ca. 50 Mikrometern erreicht, was der Größenordnung von Nervenfasern entspricht. Die Möglichkeit, die Manschetten durch äußere Einflüsse zu öffnen und zu schließen, macht ihre Anwendung als Verband für Nervenzellen zwecks Regeneration, Überwachung oder Stimulierung besonders attraktiv.“
Selbstorganisiert aufgerollte Magnetsensoren, die Gehirnaktivitäten ausmessen können. Die einzelnen Elemente sind ca. 1 Millimeter lang. Grafik: IFW Dresden
Nanoröhrchen messen auch Hirnaktivität und funken Heilberichte aus dem Körper
Dabei ist der Einsatz als Nerven-Heilverband nur eine von mehreren möglichen Anwendungsbeispielen selbstorganisierender Nanoröhrchen. So haben Schmidt und seine Kollegen aus Dresden und Chemnitz auf Polymersubstraten dünne Nickel-, Eisen- und Kupferschichten aufgebracht und sie so in winzige Magnetsensoren verwandelt, die Hirnaktivitäten messen können.
In einem anderen Fall konstruierten sie mit ähnlichen Aufroll-Röhrchen biologisch verträgliche Antennen. Diese nur fünf Millimeter langen und ein Fünftel Millimeter dünnen Spiralantennen könnten künftig in Patienten gespritzt werden, um aus dem Körper von Menschen zum Beispiel Berichte über Heilfortschritte an das Smartphone des Arztes im WLAN-nahen Frequenzband zwischen 5,8 und 2,4 Gigahertz (GHz) zu funken. „Die Forscher konnten zeigen, dass die Signalübertragung zwischen einzelnen Antennen und zwischen Antenne und Smartphone zuverlässig funktioniert“, hieß es vom IFW. „Da die Antennen in selbstorganisierenden Prozessabläufen herstellbar sind, kann eine kostengünstige Produktion in großen Stückzahlen realisiert werden.“
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