Forscher drucken Sensoren auf Gummibärchen
Aufgebrachte Mikroelektroden-Arrays bieten viele Medizinanwendungen
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Mikroelektroden-Arrays auf Gelatine (Foto: Nouran Adly, tum.de) |
München/Jülich (pte008/21.06.2018/10:30) Forscher der Technischen Universität München (TUM) http://tum.de haben in Zusammenarbeit mit Kollegen des Forschungszentrums Jülich http://fz-juelich.de Mikroelektroden direkt auf verschiedene weiche Oberflächen gedruckt. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, ein Gummibärchen entsprechend zu modifizieren. Was zunächst bestenfalls nach einer Spielerei klingt, könnte die medizinische Diagnostik verändern.
Spannung in Zellen messen
Zum einen haben die Experten um Forschungsleiter Bernhard Wolfrum kein Bild oder einen Schriftzug gedruckt, sondern ein Mikroelektroden-Array. Diese Bauteile bestehen aus einer großen Zahl an Elektroden und können Veränderungen der elektrischen Spannung in Zellen messen. Diese treten beispielsweise bei der Aktivität von Nerven- oder Muskelzellen auf.
Zum anderen haben Gummibärchen eine Eigenschaft, die für den Einsatz von Miroelektroden-Arrays an lebenden Zellen besonders wichtig sind: Sie sind weich. Mikroelektroden-Arrays gibt es schon lange. In ihrer ursprünglichen Form bestehen sie aus harten Materialien wie Silizium. Im Kontakt mit lebenden Zellen ergeben sich daraus verschiedene Nachteile. Im Labor verändern sich deshalb Form und Zusammenschluss der Zellen. Im Körper können sie Entzündungen auslösen und die Funktionsweise von Organen beeinträchtigen.
Zuverlässige Werte erreicht
Das Team nutzte eine Hightech-Variante des Tintenstrahldruckers. Die Elektroden selbst werden mit kohlenstoffhaltiger Flüssigkeit gedruckt. Damit die Sensoren keine ungewollten Signale aufzeichnen, wird über die Kohlenstoffbahnen eine neutrale Schutzschicht aufgetragen. Das Verfahren wurde bereits an Verschiedenem erprobt, darunter das weiche Silikon PDMS, die häufig in biologischen Experimenten verwendete Substanz Agar und schließlich Gelatine, unter anderem in Form eines geschmolzenen und wieder erstarrten Gummibärchens.
Dass die Sensoren zuverlässige Werte liefern, zeigen Experimente mit Zellkulturen. Mit einer durchschnittlichen Breite von 30 Mikrometern ermöglichen sie Messungen an einzelnen oder wenigen Zellen, was mit etablierten Druckmethoden schwierig zu erreichen ist. "Die Schwierigkeit besteht im Feintuning aller Komponenten - sowohl der technischen Einstellungen des Druckers als auch der Zusammensetzung der Tinte", unterstreicht Studienerstautorin Nouran Adly. "Im Fall von PDMS mussten wir auf eine von uns entwickelte Vorbehandlung zurückgreifen, damit die Tinte überhaupt auf der Oberfläche hält."
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