Gold auf Gummi gebunden

  • 19. June 2017

Neues Verfahren ermöglicht feste Bindung zwischen Gold und Silikon – möglicher Einsatz bei medizinischen Implantaten.

Dünne und biegsame elektrische Leiter sind von zentraler Bedeutung für flexible elektronische Bauelemente. Für medizinische Implantate liegt eine weitere Herausforderung in der Auswahl der Materialien – sie müssen nämlich bio­kompatibel sein. Prädestiniert für Anwendungen im menschlichen Körper sind Silikone, die mit ihrer Elastizität und Belastbarkeit dem natürlichen Körper­gewebe ähnlich sind. Und Gold besitzt eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit, bindet jedoch kaum an Silikon, was diese Strukturen instabil macht.

Abb.: Rasterkraftmikroskopische Aufnahme der 16,7 Nanometer dünnen Goldschicht (Bild: T. Töpper et al.)

Abb.: Rasterkraftmikroskopische Aufnahme der einige Nanometer dünnen Goldschicht (Bild: T. Töpper et al.)

Ein interdisziplinäres Forschungsteam des Biomaterial Science Center der Universität Basel hat zusammen mit dem Departement Chemie ein Verfahren entwickelt, das es ermöglicht, einzelne Goldatome an die Enden der Polymer­ketten kontrolliert anzubinden. Damit wird eine stabile und homogene zwei­dimensionale Anordnung von Gold auf Silikon­oberflächen erreicht. So lassen sich erstmals leitende Schichten mit nur wenigen Nanometern Dicke realisieren.

Der neue Ansatz: Thermisches Verdampfen von organischen Molekülen und Goldatomen unter definierten Vakuum­bedingungen erlaubt zum einen die Erzeugung ultra­dünner Schichten. Zum andern kann man die Deposition bis zur Bildung eines geschlossenen Films durch sogenannte Ellipso­metrie mit atomarer Auflösung verfolgen. Die erzeugten mehrlagigen Sandwich­strukturen, die sich mit Masken strukturieren lassen, können ähnlich den menschlichen Muskeln elektrische Energie in mechanische Arbeit umwandeln.

Gleichzeitig könnten die neu entwickelten Strukturen als Drucksensor dienen und in Zukunft vielleicht sogar elektrische Energie aus Körper­bewegungen gewinnen. Dafür werden die Silikon­membranen mit Elektroden versehen, wobei das vergleichs­weise weiche Silikon je nach elektrischer Spannung verformt wird.

Bisher waren die Silikonmembranen einige Mikrometer dick, und für den Betrieb waren Hoch­spannungen nötig. Die neuen Silikonmembranen im Nanobereich mit den ultra­dünnen Gold­elektroden ermöglichen nun einen Betrieb mit herkömmlichen Batterien. Doch um konkurrenz­fähige Produkte auf den Markt zu bringen, müssen die Herstellungs­kosten erheblich gesenkt werden. Optimistisch meint aber Tino Töpper, Erstautor der Studie: „Die ausgezeichnete experimentelle Kontrolle bei der Herstellung der nano­meter­dünnen Sandwich­strukturen ist ein wichtiger Grundstein für eine Langzeit­stabilität – und diese ist für medizinische Anwendungen unbedingt erforderlich.“

U. Basel / DE

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