Die Revolution in der personalisierten Medizin ist in vollem Gange – mit tragbaren Geräten und Heimtests zum Selbermachen ist es einfacher denn je, alles zu verfolgen, von der Herzfrequenz über den Glukosespiegel bis hin zur Mikrobiomvielfalt.
Es besteht jedoch immer noch eine Innovationslücke, bevor wir eine nahtlose Schnittstelle zwischen dem menschlichen Körper und invasiven Überwachungsgeräten erreichen.
Hier kommt der USC-Forscher Hangbo Zhao ins Spiel, ein Experte für fortschrittliche Fertigung und flexible Elektronik. Als Assistenzprofessor am Department of Aerospace and Mechanical Engineering und am Alfred E. Mann Department of Biomedical Engineering am USC hat Hangbo eine Reihe von Artikeln über dehnbare Sensoren für biomedizinische Zwecke veröffentlicht. Sein jüngster Artikel, der als Titelgeschichte für die renommierte Fachzeitschrift Science Advances ausgewählt wurde , stellt neue Forschungsergebnisse vor, die direkt die Entwicklung „weicher“ und flexiblerer Mikronadeln ermöglichen werden – unerlässlich für den Komfort und die hohe Genauigkeit der langfristigen Gesundheitsverfolgung.
Die Technologie wird durch dehnbare dreidimensionale durchdringende Mikroelektroden-Arrays ermöglicht, die durch ein neuartiges Herstellungsverfahren hergestellt werden, das von Zhao und seiner Forschungsgruppe entwickelt wurde.
Mikronadelelektroden werden häufig zur Erfassung und Stimulation des Gehirns sowie zur Diagnose von Biomarkern unter der Haut eingesetzt. Allerdings sind fast alle vorhandenen Mikronadelelektroden aufgrund von Material- und Herstellungsbeschränkungen starr. Zhaos Fachwissen in der fortschrittlichen Fertigung verschaffte ihm eine neue Perspektive, wenn es darum ging, sich eine flexiblere Lösung vorzustellen.
Die neuen „weichen“ Mikronadelelektroden sind bei Muskelgewebe und Hautgewebe, die sich „verformen“ oder ihre Form ändern, äußerst wünschenswert. Elektroden müssen den Verformungen des Zielgewebes folgen, um einen engen Kontakt sicherzustellen und Gewebeschäden zu minimieren; Zhaos Forschung ebnet den Weg für Fortschritte bei Mikronadeln, die immer tiefer in das Gewebe vordringen und genauere Ergebnisse erzielen können. Ob es darum geht, die Funktion einer schwachen Blase zu überwachen oder winzige Schwankungen des Herzschlags zu verfolgen, die Notwendigkeit einer hochpräzisen Sensorik wird immer wichtiger.
Im Mittelpunkt der Innovation steht die Entwicklung einer hybriden Herstellungsmethode, die in Zhaos Labor am USC entdeckt wurde. Die kostengünstige und skalierbare Methode kombiniert Lasermikrobearbeitung, Mikrofabrikation und Transferdruck, um Mikronadel-Elektrodenarrays mit der höchsten Dehnbarkeit (60–90 %) aller Zeiten herzustellen.
Entscheidend ist, dass die neuartige Herstellungsmethode eine bequeme Anpassung wichtiger Geräteparameter wie Elektrodengeometrie, Aufzeichnungsstellen sowie mechanischer und elektrischer Eigenschaften ermöglicht. Wie bei allen Forschungen von Zhao sind Anpassungsfähigkeit und Genauigkeit das Organisationsprinzip: Seine Perspektiven auf Soft-Elektronik und Robotik beeinflussen auch die flexible Herstellungsmethode.
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn7202
