Auflösbare Implantate
Eine neue Technik ermöglicht elektronische Bauteile, die sich programmiert selbst auflösen. Daraus lassen sich medizinische Implantate und Umweltsensoren bauen, die nicht mehr entfernt werden müssen.
- Veronika Szentpetery-Kessler
US-Forscher haben elektronische Bauteile entwickelt, die sich nach einer bestimmten Zeit selbst zersetzen. Die neue Technologie namens „transient electronics“ (auf Deutsch etwa kurzlebige Elektronik) verspricht medizinische Implantate, die nicht mehr entfernt werden müssen, chemische Umweltsensoren, die nicht mehr eingesammelt werden müssen und kompostierbare Elektrogeräte.
Wie die Wissenschaftler um Suk-Won Hwang von der University of Illinois in Urbana Champaign im Fachmagazin Science berichten (DOI: 10.1126/science.1226325), haben sie dafür etablierte Elektronik-Materialien Silizium und Magnesium verwendet. Das Geheimnis der Auflösbarkeit besteht darin, dass die Bauteile aus extrem dünne Schichten bestehen: Die Wissenschaftler schufen aus wenigen zehn Nanometern dicken Siliziummembranen Halbleiter und aus hauchdünnen Magnesiumschichten elektrische Leiter. Beides ummantelten sie schließlich mit Magnesiumoxid und Seide.
Seide ist einerseits sehr robust, andererseits aber vollständig biologisch abbaubar und wird bereits bei anderen medizinischen Anwendungen eingesetzt. „Selbst Silizium, das undurchlässig und wasserdicht erscheint, löst sich schließlich in Wasser auf“, sagt Fiorenzo Omenetto von der Tufts University in Medford, dessen Team mit den Wissenschaftlern um Hwang koopertierte. Die Materialien lösten sich alle schon in geringsten Wassermengen oder Körperflüssigkeiten auf, berichten die Forscher weiter. Die Herausforderung bestand darin, dass sich die Bauteile in Tagen und nicht in Jahren auflösen.
Sie demonstrierten die biologische Verträglichkeit und Leistungsfähigkeit ihrer neuen Technik, indem sie Versuchsratten einen winzigen Thermoregler aus den ultradünnen Bauteilen einpflanzten. Seine Aufgabe: die oft nach Operationen auftretenden bakteriellen Wundinfektionen zu verhindern oder zu bekämpfen, indem er das umliegende Gewebe um fünf Grad erwärmt. Den Forschern zufolge hielt der Thermoregler das Gewebe über den kritischen Zeitraum von 15 Tagen keimfrei, und war danach durch die eindringende Körperflüssigkeit fast vollständig aufgelöst. Die Silizium- und Magnesium-Komponenten zersetzen sich dabei schneller, die Seide braucht etwas mehr Zeit. Gesundheitsschäden durch die Materialien konnten die Forscher nicht feststellen.
Als nächstes wollen die Forscher komplexere Geräte mit kurzlebigen Elektrobauteilen entwickeln, deren Abbau auch durch andere Umwelteinflüsse wie eine bestimmte Temperatur, Druck oder Lichtverhältnisse ausgelöst werden kann. (vsz)
