Vibrationen und mechanischen Spannungen in Dünnschichtelektroden bei neuronaler Elektrostimulation (NeuroVibes)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Stieglitz
• Fachliche Zuordnung: Biomedizinische Systemtechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461626908

Die Langzeitstabilitiät von implantierbaren und flexiblen Dünnschicht-Elektroden ist eine entscheidende Voraussetzung für erfolgreiche Anwendungen in der neurowissenschaftlichen Forschung, der klinischen Diagnose und in der Rehabilitation. Obwohl Metallelektroden als neuronale Grenzflächen bereits mit großem Erfolg eingesetzt werden, ist bei immer dünner werdenden Schichten Delamination und Rissbildung bei längerer elektrische Stimulation zu beobachten. Eine systematische Untersuchung der Fehlermechanismen ist Ziel des Antrags „NeuroVibes“, wobei insbesondere die elektro-mechanisch Kopplung in Dünnschichtmaterialien als Hauptursache vermutet wird.Dazu soll erstmals mit hoher räumlich-zeitlicher Auflösung die Deformationsschwingungen von Platin-Dünnfilmelektroden auf Grund elektrische Anregung mittels digitaler holographischer Mikroskopie gemessen werden. Darüber hinaus werden Untersuchungen zum chemischen Massentransport nahe der Elektrode während des elektrochemischen Ladungstransfers durchgeführt und neuartige integrierte pH-Sensoren entwickelt, die korrosive Austauschreaktionen und chemische Ungleichgewichte aufzeigen. Die experimentellen Studien werden zusätzlich mit Computermodellen unterlegt, die das mechanische Verformungsverhalten von Membranen simulieren, bei z.B. mechanischer zyklischer Belastung. Das erhaltene Modell wird als Leitfaden für die Stimulationsparameter und die Entwicklung stabilerer Elektrodengeometrien verwendet.Damit kann die entscheidende Forderung nach Langlebigkeit in der Neuroprothetik bedient werden, ebenso können die Ergebnisse jedoch wesentlich zur Stabilität aller elektrolytischen Elektrodenkonfigurationen, wie z.B. Brennstoffzellen in Kraftfahrzeugen, Kondensatoren oder Batterien, beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Digital Holographic Microscope
• Gerätegruppe: 4190 Spezielle Geräte der Mikrosystemtechnik