Nach fast 100 Jahren, in denen die Geschmacksnerven von Kindern und Erwachsenen gleichermaßen befriedigt wurden, könnten Gummibärchen endlich einen größeren Sinn haben.

Ein Forscherteam hat entwickelte eine Methode zum Drucken von Mikroelektrodenarrays auf Gummibonbons, Gelatine und andere weiche Substrate.

Diese neue Methode bietet eine kostengünstige und schnelle Möglichkeit, Mikroelektroden zu entwickeln, mit denen Wissenschaftler biologische Veränderungen in Herz und Gehirn untersuchen, Störungen des Nervensystems behandeln und die sensorische Funktion einer Person wiederherstellen können.

In dieser Studie führten Forscher der Technischen Universität München (TUM) und des Forschungszentrums Jülich erfolgreich Inkjet-Drucke auf Gummibonbons durch.

Ein Papier, das die Studie beschreibt, ist in der Zeitschrift veröffentlicht Natur.  

Vorteile von weichem Material

Die weiche Textur der Gummis ist der Schlüssel zu dieser Studie.

Traditionell werden in Mikroelektrodenarrays Substrate auf Silizium- oder Glasbasis verwendet Bernhard Wolfrum, Professor für Neuroelektronik an der TUM und Hauptautor der Studie.

Die harte, scharfe Form der ursprünglichen Mikroelektrodenarrays verursacht jedoch mehrere Probleme.

In einem Labor kann die Form und Organisation der Zellen durch die Härte des Substrats beeinflusst werden.

In einem Körper können starre Materialien eine Zellentzündung und den Verlust von Organfunktionen verursachen.

Mit Tintenstrahl drucken

Der in dieser Studie verwendete Tintenstrahldrucker ist im Wesentlichen eine High-Tech-Version eines Druckers, der sich zu Hause oder im Büro befindet. Dieser Drucker verwendet jedoch keine herkömmliche Tinte, sondern Tinte auf Kohlenstoffbasis und fügt den Kohlenstoffpfaden eine neutrale Schutzschicht hinzu, damit die Sensoren keine Streusignale empfangen.

Dies weicht von den herkömmlichen Methoden zur Erzeugung von Mikroelektrodenarrays ab.

"Normalerweise werden Mikroelektrodenarrays mit optischer Lithographie hergestellt", sagte Wolfrum.

Diese Methoden sind jedoch zeitaufwändig und teuer und erfordern den Zugang zu spezialisierten Labors.

Das Tintenstrahldrucken ist jedoch billig und schnell und ermöglicht Wissenschaftlern, das Designlayout der Mikroelektrodenarrays zu manipulieren.

„Mit dieser Technik können wir Mikroelektroden-Arrays auf Kohlenstoffbasis auf einer Vielzahl von weichen Substraten (wie Hydrogelen) herstellen, was mit herkömmlicher Mikrofabrikation nicht einfach zu bewerkstelligen ist“, so Wolfrum.

"Die Möglichkeit, das geometrische Layout der Schnittstelle und der Materialien schnell anzupassen, kann uns helfen, effizientere Geräte für die Zellstimulation und -aufzeichnung zu entwickeln."

Anwendungsmöglichkeiten

Das Drucken von Mikroelektroden-Arrays auf weichen Materialien kann auf eine Vielzahl von Gebieten angewendet werden.

Diese Technik eignet sich nicht nur zur Herstellung von Forschungsmodellen, sondern kann auch im medizinischen Bereich eingesetzt werden, um die Art und Weise zu ändern, wie Patienten behandelt werden.

"In Zukunft könnten ähnliche weiche Strukturen beispielsweise zur Überwachung von Nerven- oder Herzfunktionen im Körper oder sogar als Schrittmacher verwendet werden", sagte Wolfrum in einer Erklärung.

Was kommt als nächstes?

Bevor diese Technik zur Überwachung von Nerven- oder Herzfunktionen im Körper eingesetzt wird, müssen weitere Aspekte untersucht werden.

"Ich glaube, für die Anwendung der gedruckten Geräte in vivo müssen vor allem die Aspekte Biokompatibilität, Langzeitstabilität, Zuverlässigkeit und Auflösung untersucht werden", sagte Wolfrum.

"Die Auflösung beim Tintenstrahldruck ist viel schwächer als bei der optischen Lithografie, was je nach Anwendung problematisch sein kann."

Derzeit konzentriert sich das Team auf effizientes Drucken.

"Meiner Meinung nach liegt der Hauptvorteil des Druckens funktionaler Geräte derzeit in den Rapid Prototyping-Funktionen, nicht unbedingt in der Endproduktion von Geräten", sagte er.

Derzeit arbeiten die Forscher daran, komplexere 3D-Mikroelektrodenarrays zu drucken.

Darüber hinaus untersuchen sie druckbare Sensoren, die nicht nur auf Spannungsschwankungen, sondern auch auf chemische Substanzen reagieren.