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Bioimplantate: Verglühtes Hautpigment als Bioelektronik-Baustein

Bioimplantate sollen zwischen Zellen nicht auffallen, müssen aber gleichzeitig mit ihnen elektronisch kommunizieren. Dafür suchen Chemiker neuartige Materialien mit einem geeigneten Eigenschaftenmix.
Bioimplantat-Fantasie: Ein rotes Blutkörperchen trägt eine Art Chip. Wichtig scheint auch hier eine funktionierende Schnittstelle zwischen Elektronik und Biologie zu sein. Laden...

Spannende, weil Strom leitende Bioschaltbahnen zur Implantation können vielleicht aus ordentlich zusammenschrumpelnden Pigmentmolekülen der menschlichen Haut hergestellt werden: durch eine gezielte Hitzebehandlung mit anschließender Abkühlung, ähnlich den Glühprozessen bei metallurgischen Verfahren, berichten Nanomaterialwissenschaftler aus Italien im Fachblatt »Frontiers in Chemistry«. Die dabei entstehenden Baustoffe könnten in Zukunft vielleicht dazu dienen, bioelektronische Implantate oder ihre Schnittstellen zu Zellen und Geweben zu bilden.

Bioelektroniker suchen in diesem Zusammenhang schon lange nach Materialien, die sowohl elektrisch leitfähig sind als auch kompatibel mit tierischen oder menschlichen Geweben. Ludovico Migliaccio von der Universität Neapel und seine Kollegen sind nun – fast durch Zufall – darauf gestoßen, dass sich geordnete Schichten von Melanin als derartige Leiterbahnen eignen könnten. Im biochemischen Normalfall lagern sich die Melaninmoleküle, die vielen Insekten und Wirbeltieren als Farbpigmente dienen, ungeordnet und regellos übereinander und bilden so weniger lichtdurchlässige Konzentrate, etwa in Sommersprossen oder Leberflecken der menschlichen Haut. Die chemische Struktur der einzelnen Pigmentmoleküle ist dabei bis heute nicht in allen Details geklärt. Und auch bei den physikalischen Eigenschaften warten noch Überraschungen, wie Migliaccio und Kollegen nun verdeutlichen: Unterzieht man die Pigmente einem bestimmten geregelten Zyklus von Erhitzen und Abkühlen, so verkohlen die Moleküle nicht wie üblich, sondern ordnen sich in regelmäßigen Schichten zu einer dünnen Struktur, die im Vergleich zu ungeordneten Pigmentklecksen Strom recht gut leitet.

Der Fund bestätigt nun jahrzehntealte Vermutungen, wonach Eumelanin und seine Verwandten zumindest prinzipiell als Ladungstransporter fungieren könnten. Die leicht verfügbaren Biopigmente wären ein geeigneter Kandidat für die Herstellung von Bioimplantaten, die im Körper wahrscheinlich nicht sofort vom Immunsystem als Fremdkörper angegriffen werden und zudem später problemlos biologisch abgebaut werden können.

Die Fähigkeit, Strom zu leiten, ist für die bioelektronische Anwendung allerdings unverzichtbar – und das im Vakuum vollzogene Glühprozedere von Migliaccio erhöhte die Leitfähigkeit von Melanin immerhin drastisch. Doch die Glühmelaninschichten müssen weiter verändert werden, bevor sie tatsächlich einsatzreif sein können: Sie leiten immer noch extrem viel schlechter als etwa Kupfer. Zudem sind sie sehr wasserscheu: Sobald sie – etwa in Zellen – mit Wasser in Berührung kommen, lagern sie dies ein und büßen wieder deutlich an Leitfähigkeit ein. Von großem Vorteil sei aber, dass durch die Wahl der Behandlungstemperaturen in einem bestimmten Umfang unterschiedlich leitfähige Melaninschichten hergestellt werden können. Das macht ihre Einsatzmöglichkeiten prinzipiell vielfältig, wenn alle anderen Probleme gelöst sind.

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