Bioelektronische Implantate als Diagnose-, Überwachungs- und Therapieinstrumente

Dr. Peter D. Jones
Gruppenleiter Biomedizinische Mikro- und Nanotechnik

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Bioelektronische Implantate dienen als Diagnose-, Überwachungs- und Therapieinstrumente für ein breites Spektrum klinischer Herausforderungen, die auf Verletzungen oder pathologische Zustände zurückzuführen sind.

Diese Implantate ermöglichen eine präzisere und fortschrittlichere Interaktion auf zellulärer und molekularer Ebene. Sie nutzen nicht nur elektrische Impulse, sondern auch biochemische und biophysikalische Signale, um bestimmte biologische Funktionen zu steuern, zu überwachen oder zu modulieren. Bioelektronische Implantate sind in der Lage, sowohl Signale vom biologischen System zu erfassen als auch gezielte Signale an die biologische Umgebung zu senden. Diese bidirektionale Kommunikation ermöglicht eine dynamische Anpassung an die Bedürfnisse des Organismus.

Bioelektronische Implantate kombinieren Technologien aus der Biologie, Elektronik und den Materialwissenschaften, um eine nahtlose Kommunikation zwischen dem Implantat und dem Körper zu ermöglichen. Sie können Sensoren enthalten, die biochemische Signale oder physiologische Parameter erkennen, sowie Aktuatoren, die elektrische Impulse oder andere Formen der Energie nutzen, um biologische Reaktionen auszulösen. Durch die gezielte Stimulation von Nerven oder Geweben können sie spezifische Effekte erzielen. Damit eröffnet sich eine breite Palette von fortschrittlichen Anwendungen in der diagnostischen und therapeutischen Medizin und in der Biotechnologie. 

In unserer Forschung zu bioelektronischen Implantaten beschäftigen wir uns im Wesentlichen mit 

• Design und Herstellung: Innovative neue Implantatarchitekturen 
• Sensortechnologien: Wegweisende Sensorentwicklung für verbesserte Auslesung
• Biokompatibilität: Sicherstellung der Verkapselung von Implantaten für biologische Systeme
• Elektronische Schnittstellen: Überbrückung der Schnittstelle zwischen Implantaten und Messinstrumenten
• Lebensdauerprüfung: Erstellung von Protokollen zur Sicherstellung der dauerhaften Funktionalität und Stabilität von Implantaten

Im Mittelpunkt unserer Forschung stehen flexible Mikroelektroden-Arrays (MEAs), die für verschiedene Anwendungen maßgeschneidert werden. Das Targeting der Geräte erfordert die Entwicklung von Implantationstechniken, um einen geeigneten Zugang zu den vorgesehenen Regionen im Körper zu erhalten. Derzeit konzentrieren wir uns auf die Entwicklung von Geräten für In-vivo-Messungen in Tieren, um so neue Messverfahren und Implantationsstrategien zu validieren.  

Ausrüstung für die Fertigung:  

• Mikroelektrodenarrays
• Parylene-C Encapsulation (Comelec) 

Charakterisierung: 

• Profilometer (Bruker)  
• Laser scanning microscope (Keyence)  
• Scanning electron microscope (Zeiss)  
• Potentiostat (Gamry, AMTEK, Biologic)  
• Short/long term encapsulation testing 
• Short/long term device validation 

Projekte:  

NEPTUN - Neuromodulation des Darms

PanaMEA- Pankreas-Implantat zur Blutzuckerüberwachung   

Sealant - Entwicklung und Test von Verkapselungstechnologien für innovative miniaturisierte aktive Implantate