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Ferroelektrische Mikroelektroden für biomedizinische Anwendungen (FeMEA)

Elektronik im menschlichen Körper kann bei gesundheitlichen Einschränkungen von großem Nutzen für die Betroffenen sein (z.B. Neuroimplantate). Das Problem ist, dass Elektroden (insbesondere) unter Stromfluss korrodieren und auch das Gewebe geschädigt werden kann. Deswegen wären Elektroden, die ohne direkten Stromfluss über die Grenzfläche funktionieren, von großem Wert für die Biomedizin.

Ziele und Vorgehen
Das Ziel ist es, solche (quasi) Gleichstromlosen Elektroden zu erforschen, die die oben genannten Probleme nicht aufweisen. Der Weg dahin führt über eine Materialinnovation, nämlich die Nutzung von ferroelektrischen Materialien. Diese sind selbst nichtleitend, können aber durch ihre ferroelektrischen Eigenschaften mittels Umpolung ein elektrisches Signal im Gewebe hervorru-fen aber auch auslesen. Durch die Verwendung mikro-strukturierter Elektrodenarrays („Neurochips“) ließe sich eine bidirektionale, degradationsfreie Schnittstelle erzeugen, die über eine hohe Ortsauflösung verfügt und zum Beispiel für Retinaimplantate genutzt werden könnte.

Innovationen und Perspektiven
Bisherige Neurochips, die auf kapazitiven Elektroden (Beschichtung mit einem Dielektrikum) beruhen, also auch degradationsfrei funktionieren könnten, haben eine deutlich zu geringe Stimulationseffizienz. Ferroelektrika hingegen hatten bislang das Problem, dass sie nicht mit dem industrietauglichen CMOS-Prozess kompatibel waren, wodurch keine Fertigung bzw. Beschich-tung von Mikroelektroden möglich war. Die im Vorha-ben erforschten Materialien auf Hafnium- und Zirkonoxidbasis sind CMOS-tauglich und ermöglichen daher erstmalig die Herstellung solcher ferroelektricher Mikroelektroden und damit neuartigen Anwendungen in der Medizin, z.B. Neuroimplantate und innovative Sensoren.

 

Fördergeber
BMBF
Projektträger
VDI Technologiezentrum GmbH
Fördernummer
13XP5238
Laufzeit
01.02.2025 bis 31.01.2030
Reifegrad
Forschung
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Kompetenzen

  • Biosensoren in CMOS-Technologie
  • Ferroelektrische Mikroelektroden
  • Bioelektronik
  • Materialwissenschaften
  • Festkörperphysik