Medizinische Forschung Drahtlose OLED beleuchtet menschliches Gewebe von innen

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Forscher haben eine drahtlose OLED entwickelt, die von Magnetfeldern gespeist wird. Damit kann menschliches Gewebe von innen beleuchtet werden. Ziel sind minimalinvasive Behandlungen und bessere Diagnosen.

Forscher haben eine drahtlose Lichtquelle auf Basis einer OLED entwickelt, mit der sich Gewebe im menschlichen Körper von innen beleuchten kann. Die winzigen Lichtquellen basieren auf organischen Leuchtdioden (OLEDs), die durch magnetische Felder gespeist werden. Die Energie des Magnetfelds wird von akustischen Antennen in Strom umgewandelt, der die OLEDs zum Leuchten bringt.

Akustische Antennen werden derzeit für die Anwendung in verschiedenen Gebieten erforscht, zum Beispiel für die Detektion niedriger Magnetfelder. Sie können im Vergleich zu elektrischen Antennen sehr kompakt sein. OLEDs bestehen aus dünnen Schichten organischer Materialien, die sich auf nahezu jeder Oberfläche aufbringen lassen. In ihrer Arbeit nutzen die Forschenden diese Eigenschaft, um OLEDs direkt auf die kleine akustische Antenne aufzubringen und so die einzigartigen Eigenschaften beider Technologien in einem äußerst kompakten Gerät zu vereinen.

Dabei dienen die akustischen Antennen sowohl als Trägermaterial als auch als Energiequelle für die eigens entwickelten OLEDs: Sie wandeln die Energie eines Magnetfeldes in eine mechanische Schwingung und anschließend in einen elektrischen Strom um, ein Vorgang der als magnetoelektrischer Effekt bekannt ist.

Frequenzen für Anwendungen in der Biomedizin

Die neuen Geräte arbeiten mit Sub-Megahertz-Frequenzen, einem Frequenzbereich, der beispielsweise für die Kommunikation in U-Booten genutzt wird, da Wellen in diesem Frequenzbereich von Wasser nur schwach absorbiert werden. Im Gegensatz zu U-Booten erfordert die geplante Anwendung in der Biomedizin jedoch eine wesentlich geringere Größe, um negative Einflüsse auf das Gewebe zu vermeiden.

Als vielversprechende Alternative zur elektrischen Stimulation haben sich in den letzten Jahren optische Stimulationstechniken herauskristallisiert. Sie ermöglichen eine selektivere Stimulation, teilweise sogar auf der Ebene einzelner Zellen. Erste klinische Studien haben bereits vielversprechende Ergebnisse gezeigt, beispielsweise um eine unheilbare Augenerkrankung zu behandeln.

Mögliche Einsatzgebiete der drahtlosen OLED

• Tiefe Gewebestimulation: Stimulation von Nerven oder Muskeln ohne Implantate.

• Photodynamische Therapie: Krebsbehandlung durch gezielte Abtötung von Krebszellen.

• Fluoreszenzbildgebung: Fluoreszierende Marker visualisieren, um Krankheiten zu diagnostizieren.

„Unsere drahtlose Lichtquelle vereint minimale Gerätegröße, niedrige Betriebsfrequenz und optische Stimulation“, sagt Humboldt-Professor Dr. Malte Gather, Direktor des Humboldt Centre for Nano- and Biophotonics am Department für Chemie der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität zu Köln.

„Für viele neue Anwendungen müssen mehrere Stellen unabhängig voneinander stimuliert werden, weshalb moderne Hirnstimulatoren oft eine große Anzahl von Elektroden enthalten. Bei den vorgestellten drahtlosen Lichtquellen können die Geräte unabhängig voneinander angesteuert und betrieben werden, ohne dass zusätzliche und möglicherweise sperrige Elektronik erforderlich ist“.

Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Arbeitsfrequenzen verschiedener akustischer Antennen auf unterschiedliche Werte eingestellt werden können. Damit könnten in Zukunft mehrere Stimulatoren in verschiedenen Körperregionen individuell angesteuert werden, um beispielsweise Lähmungen im Spätstadium der Parkinson-Krankheit zu behandeln. In einem nächsten Schritt wollen die Forscher ihre drahtlosen OLEDs weiter verkleinern und im Tiermodell testen.

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