ITB - Intelligent Transient Bioelectronics
Dieses Projekt befasst sich mit einem faszinierenden neuen Forschungsgebiet: Elektronische Bauteile, die in den menschlichen Körper implantiert werden können, bieten vielfältige Möglichkeiten zur Überwachung und Steuerung von Vitalfunktionen, beispielsweise bei der postoperativen Überwachung. Von besonderem Interesse sind elektronische Bauteile aus Materialien, die vom Körper vollständig resorbiert werden können, ohne Rückstände zu hinterlassen, sodass die Bauteile nach Erfüllung ihrer Funktion vollständig verschwinden. Solche temporären Elektronikbauteile würden ein völlig neues Anwendungsgebiet eröffnen: Geräte, die vorübergehende Funktionen wie die postoperative Überwachung erfüllen und anschließend nicht operativ entfernt werden müssen. Organische Elektronik auf Kohlenstoffbasis eignet sich besonders gut für diese Anwendung: Sie ermöglicht biokompatible und resorbierbare Bauteile mit einem breiten Spektrum an elektronischen und optoelektronischen Funktionen. Darüber hinaus eignet sie sich besonders gut für neuromorphe Funktionen und ermöglicht die Integration von lokaler Datenanalyse und künstlicher Intelligenz. Um diese Vision zu verwirklichen, ist umfangreiche Forschung zu Materialien, Komponenten und Systemen erforderlich. Wir schlagen daher ein Zentrum für intelligente transiente Bioelektronik an der TU Dresden vor, in dem dieses spannende Thema umfassend erforscht werden kann.
Die Hector-Stiftung fördert die Einrichtung eines Zentrums für intelligente transiente Bioelektronik im Rahmen des Integrierten Zentrums für Angewandte Physik und Photonik (IAPP) in Dresden. Durch die Integration verschiedener Forschungsgruppen und die Bereitstellung von Kernfinanzierung wird ein leistungsstarkes Forschungszentrum geschaffen. Diese Struktur wird eine enge Zusammenarbeit zwischen Lehrstühlen der Physik, Elektrotechnik, Chemie und Medizin fördern.
Zu den früheren Arbeiten des IAP, die in diesem Zusammenhang relevant sind, gehören:
Implantierbare, resorbierbare Bioimpedanzsensoren zur Früherkennung postoperativer Komplikationen:
Hier haben wir erfolgreich eine implantierbare, bioresorbierbare organische Sensorplattform zur Echtzeitüberwachung des Gewebezustands direkt an Operationsstellen entwickelt. Das in Darmnahtstellen integrierte Gerät ermöglicht kontinuierliche Bioimpedanzmessungen, um ischämiebedingte Veränderungen frühzeitig – noch vor dem Auftreten klinischer Symptome – zu erkennen. Durch die Kombination biokompatibler Materialien mit organischer Elektronik ermöglicht das System eine lokalisierte, hochauflösende Überwachung während der kritischen postoperativen Phase. Die Ergebnisse belegen die Machbarkeit von temporären, implantierbaren Sensoren als Frühwarnsysteme für chirurgische Komplikationen, mit dem langfristigen Ziel vollständig resorbierbarer Geräte, die eine Entfernung überflüssig machen und eine intelligente, datengestützte postoperative Versorgung ermöglichen.
Biokompatible Drucksensoren: In Zusammenarbeit mit dem ERCD (UKD) entwickeln wir biokompatible Drucksensoren zur direkten Messung des Mittelohrdrucks. Derzeit sind solche Messungen entweder nur indirekt möglich oder erfordern zusätzliche chirurgische Eingriffe, die durch die neue Methode künftig entfallen werden. Die Verwendung eines elastischen Polymers ermöglicht eine kapazitive Druckmessung im Bereich von +/- 70 mbar. Wir integrieren winzige Spulen in unsere Komponenten, um eine drahtlose Kommunikation über RFID zu ermöglichen.
Sensor-Ring aus einem bioabbaubaren Polymer
Sensor für Anastomose-Insuffizienz: Wir haben einen abbaubaren organischen Biosensor entwickelt, der z.B. bei Darmoperationen an der Verbindungstelle eingefügt wird und mit einer elektrischen Messung das Versagen der Verbindung zeitnah nach außen melden kann. Damit werden die Komplikationen bei solchen Operationen verhindert bzw verringert. In Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Rostock haben wir den Sensor bereits erfolgreich im Tiermodell getestet.
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© Kai Schmidt
Prof. Dr. Karl Leo
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