Implantate werden immer kleiner

Neue Keramik-Platin-Komposite ermöglichen eine erstaunliche Miniaturisierung von Implantaten. Und mit stimuli-responsiven Materialien erobern Medizintechniker den Nanokosmos.

Mit einem innovativen Materialsystem aus Keramik und Platin (Cermet) werden sich nach Herstellerangaben sehr kleine und dennoch robuste und leistungsfähige Medizinprodukte herstellen lassen, da die elektrischen Verbindungen vom Implantat in den Körper deutlich verkleinert und signifikant kostengünstiger hergestellt werden können. Eine derartige Entwicklung wurde jetzt mit dem Heraeus Innovationspreis 2015 ausgezeichnet. Die elektrischen Leiterbahnen sind dabei mit 0,15 Millimetern nur zweimal so dick wie ein menschliches Haar. „Wir ermöglichen, dass in Zukunft Menschen von der Geburt an mit miniaturisierten medizinischen Implantaten versorgt werden können“, kommentiert Heraeus CEO Jan Rinnert.

Für diesen „revolutionären Technologiesprung“ erhielt die Heraeus-Cermet-Entwicklung zusätzlich den erstmals beim Innovationspreis vergebenen „Customer Focus Award“. Heraeus-Kunden konnten für die aus ihrer Sicht wichtigste Innovation stimmen. Die Kunden-Jury entschied sich für die Cermet-Technologie, da diese revolutionäre Lösungen und völlig neue Anwendungen zur medizinischen Behandlung insbesondere im Bereich der Nervenstimulation im Gehirn ermöglichen könne. Mehr als drei Millionen medizinische Implantate werden jährlich zur Behandlung chronischer Erkrankungen wie Herzrhythmusstörungen, Parkinson, Hörverlust oder Blindheit eingesetzt.

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Und es geht noch kleiner. Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden und der TU Chemnitz forschen beispielsweise an dünnen Nanomembranen, die sich selbst zu Mikro- und Nanoröhren aufrollen: als Antennen für Implantate, als Sensoren in der neurologischen Diagnostik oder als Wundverband für Nervenfasern. „Die Kernidee beruht auf der Kombination flexibler Polymermembranen und verschiedener metallischer bzw. magnetischer Dünnschichten“, erklärt Oliver G. Schmidt von der TU Chemnitz: „Diese Synergie eröffnet völlig neue Horizonte und erlaubt die Gestaltung einer faszinierenden Klasse von Sensoren, Antennen und integrierten Schaltkreisen mit einer neuartigen Funktionalität der Verformbarkeit.“

Smarter Wundverband für Nervenzellen

Selbstorganisiert aufgerollte Mikroröhrchen mit integrierter Elektronik könnten als Wundverband für defekte oder heilende Nervenstränge dienen. Möglich werde das durch die Kombination von mechanisch flexibler Elektronik mit sogenannten stimuli-responsiven Materialien, so die Wissenschaftler. Dies sind Polymere, die auf spezifische Anregungen mit reversiblen Formveränderungen reagieren können, indem sie zum Beispiel anschwellen, sich verdrehen, verlängern oder krümmen. Der Prototyp einer solchen Nervenmanschette wurde am IFW Dresden entwickelt. Sie besteht aus einem Hydrogel-Mikroröhrchen als stimuli-responsivem Material, das mit flexiblen elektronischen Bauelementen in Form eines Verstärkers und einer Logikeinheit auf der Basis von Gallium-Zink-Oxid-Transistoren ausgestattet ist. Die Formveränderungen könnten von außen über die Temperatur, die Zusammensetzung der Lösung oder den pH-Wert manipuliert werden.