11 Mrz Drahtlose OLED für biomedizinische Anwendungen
Eine drahtlose Mini-OLED, die eines Tages für medizinische Zwecke im menschlichen Körper eingesetzt werden könnte, entwickelte ein Team von Forschenden der schottischen University of St. Andrews und der Universität Köln. Solche Lichtquellen sollen für minimalinvasive Behandlungsmethoden genutzt werden, für die es heute noch erforderlich ist, relative große Stimulatoren zu implantieren.
Direkte, drahtlose Energiezufuhr
Der Ansatz basiert auf der Kombination von organischen Leuchtdioden (OLEDs) und sogenannten akustischen Antennen. Sie können im Vergleich zu elektrischen Antennen sehr kompakt sein. Die dünnen Schichten organischer Materialien von OLEDs lassen sich auf nahezu jeder Oberfläche aufbringen. In ihrer Arbeit nutzen die Forschenden diese Eigenschaft, um die kleine akustische Antenne direkt mit OLEDs zu beschichten und so die Eigenschaften beider Technologien in einem äußerst kompakten Bauteil zu vereinen. Dabei dienen die akustischen Antennen sowohl als Trägermaterial als auch als Energiequelle für die eigens entwickelten OLEDs: die Antennen wandeln die Energie eines Magnetfeldes in eine mechanische Schwingung und anschließend in einen elektrischen Strom um; ein Vorgang, der als magnetoelektrischer Effekt bekannt ist. Die neuen Lichtquellen arbeiten mit Sub-Megahertz-Frequenzen, da Wellen in diesem Frequenzbereich nur schwach von Wasser absorbiert werden.
Die organischen Schichten der OLED sind direkt auf der akustischen Antenne aufgebracht, die basierend auf dem elektromagnetischen Effekt mittels externen Magnetfeldes den Strom liefert. Bild: American Association for the Advancement of Science (AAAS), aus: DOI:10.1126/sciadv.adm7613
Optische Stimulation statt Elektroden
In den letzten Jahren haben sich optische Stimulationstechniken in der Medizin als vielversprechende Alternative zur elektrischen Stimulation mittels Elektroden herauskristallisiert, da sie eine selektivere Stimulation ermöglichen, teilweise sogar auf der Ebene einzelner Zellen. Solche Techniken haben in ersten klinischen Studien bereits vielversprechende Ergebnisse gezeigt, beispielsweise bei der Behandlung einer ansonsten unheilbaren Augenkrankheit. „Unsere neuartige drahtlose Lichtquelle vereint minimale Gerätegröße, niedrige Betriebsfrequenz und optische Stimulation“, so Humboldt-Professor Malte Gather, Leiter des Humboldt Centre for Nano- and Biophotonics am Department für Chemie der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität zu Köln. „Bei vielen neuartigen Anwendungen müssen mehrere Stellen unabhängig voneinander stimuliert werden, weshalb moderne Hirnstimulatoren oft eine große Anzahl von Elektroden enthalten. Im Falle der vorgestellten drahtlosen Lichtquellen können die Geräte unabhängig voneinander angesprochen und betrieben werden, ohne dass zusätzliche und möglicherweise sperrige Elektronik erforderlich ist.“
OLED zum Größen- vergleich neben einer 2-Euro-Münze. Bild: American Association for the Advancement of Science (AAAS), aus: DOI:10.1126/sciadv.adm7613
Frequenzabhängige Ansteuerung
Dies wird dadurch möglich, dass die Betriebsfrequenzen verschiedener akustischer Antennen auf unterschiedliche Werte eingestellt werden können. Durch verschiedene Resonanzfrequenzen könnte dies die individuelle Ansteuerung mehrerer Stimulatoren in verschiedenen Körperregionen ermöglichen, um beispielsweise Lähmungen im Spätverlauf der Parkinson-Krankheit zu behandeln. In einem nächsten Schritt wollen die Forschenden nach eigenen Angaben die Größe ihrer drahtlosen OLEDs weiter verringern und ihre Technologie in einem Tiermodell testen.
Originalpublikation:
[Julian F. Butscher et al., Wireless magnetoelectrically powered organic light-emitting diodes.Sci. Adv.10,eadm7613(2024).DOI: 10.1126/sciadv.adm7613]
Quelle: www.uni-koeln.de
Bild: American Association for the Advancement of Science (AAAS), aus: DOI:10.1126/sciadv.adm7613
