Elektro-Plastik: Fast perfektes Material für Implantate und Co. entdeckt

Forscher haben einen Durchbruch bei der Suche nach einem elektroaktiven Kunststoff geschafft, der widerstandsfähig und biokompatibel ist. Dieser kann Verbindungen elektronischer Systeme mit dem menschlichen Körper auf ein völlig neues Niveau heben.

Neue Zukunft für PVDF

Das Material, das in der Fachzeitschrift Nature vorgestellt wurde, besteht aus einer Kombination von Peptiden, kurzen Ketten von Aminosäuren, und einem Polymer namens Polyvinylidenfluorid (PVDF). Diese "elektrische Plastik" könnte eine Revolution in der Entwicklung selbstversorgender tragbarer Geräte, flexibler medizinischer Implantate und Technologien, die besser mit dem menschlichen Körper verschmelzen, darstellen.

Im Gegensatz zu vielen herkömmlichen elektronischen Materialien, die oft steif sind oder giftige Metalle enthalten, ist dieses neue Material flexibel und biokompatibel. PVDF ist eigentlich schon seit den 1940er Jahren bekannt und hat ferromagnetische Eigenschaften, die es ermöglichen, seine Polarität durch elektrische Spannung zu ändern. Allerdings benötigt es hohe Spannungen und verliert bei höheren Temperaturen seine Stabilität.


Das neue Material, entwickelt von einem Team um den Materialwissenschaftler Samuel Stupp von der Northwestern University, überwindet diese Einschränkungen. Es benötigt 100-mal weniger Spannung, um seine Polarität zu wechseln, und behält seine Fähigkeiten bei Temperaturen von bis zu 110 Grad Celsius bei, was es ideal für Anwendungen mit niedrigem Energieverbrauch macht.

Bei der Herstellung organisieren sich die Peptide und PVDF-Abschnitte in langen, flexiblen Bändern, die sich zu einem elektroaktiven Material bündeln. Diese Eigenschaft ermöglicht es dem Material, Energie oder Informationen durch das Umschalten der Polarität zu speichern. Durch die Verbindung mit Proteinen, die in Nervenzellen oder anderen Körperzellen vorkommen, kann das Material Signale aus dem Gehirn oder dem Herzen aufzeichnen oder auch aktiv elektrische Stimulationen auslösen.

Weitere Arbeiten nötig

Die möglichen Anwendungen sind weitreichend. Das Material könnte beispielsweise in Implantaten verwendet werden, die drahtlos kontrolliert und aufgeladen werden. Solche Implantate könnten unter anderem zur Behandlung chronischer Lähmungen eingesetzt werden. Yang, Mitautor der Studie und Ingenieur an der Northwestern University, betont, dass PVDF aufgrund seiner Biokompatibilität ideal für medizinische Anwendungen geeignet sei.

Trotz des Potenzials gibt es auch noch Schwierigkeiten. Einige Forscher äußern Bedenken hinsichtlich der Umweltverträglichkeit von fluorierten Verbindungen wie PVDF, die über Jahrhunderte in der Natur bestehen bleiben können. Stupp und sein Team arbeiten jedoch bereits an Alternativen, die ohne Fluorverbindungen auskommen könnten.

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