Vom Sehimplantat zu neuen Biochips

Über 35 000 blinden Menschen allein in Deutschland könnte geholfen werden. Sofern nicht der Sehnerv, sondern »nur« die Netzhaut außer Funktion ist, ermöglichen schon heute Implantate ein eingeschränktes Sehvermögen. Seit acht Jahren entwickeln Forscher am Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg verschiedene Sehimplantate mit immer besserem Auflösungsvermögen. Je nach Erkrankung der Augen besteht eine Möglichkeit darin, mit den Bilddaten einer externen Kamera die Retina gezielt zu stimulieren. »Kamera und Netzhaut verstehen sich jedoch zunächst nicht«, erklärt Andreas Schmid die Motivation zu seiner Diplomarbeit, die mit dem 2. Hugo-Geiger-Preis ausgezeichnet wurde. »Vielmehr müssen Stimulationsdaten so berechnet werden, dass über die Nervenzellen die gewünschten visuellen Wahrnehmungen entstehen.« Die erste Stufe liest Bilddaten in das Retinomorphe System – eine Software, die rezeptive Felder der Retina berechnet. In ihr werden die Signale in Echtzeit gefiltert und schließlich die Stimulationsdaten für das Retinaimplantat berechnet. Das von Schmid programmierte Retinomorphe System zeichnet sich durch hohe Flexibilität aus: Es erkennt alle üblichen Videoquellen, verfügt über frei rekonfigurierbare Filter für die rezeptiven Felder und kommuniziert mit verschiedenen Implantaten.

Ein Life-Science-Thema ganz anderer Art betrifft die Suche nach neuen Pharmaka. Dazu müssen große Mengen proteinhaltiger Proben bearbeitet und untersucht werden. Zur automatisierten Analyse eignen sich Biochips: Darauf fixierte Moleküle verbinden sich nur mit bestimmten Proteinen. Je weiter die Proteomik voranschreitet, desto mehr und immer differenziertere Biosensoren werden benötigt. »In meiner Diplomarbeit habe ich untersucht, wie solche Biochips mit neuen, mikro- und nanotechnologischen Methoden in Zukunft gefertigt werden könnten«, erklärt Sven Knecht, Träger des 3. Hugo-Geiger-Preises. »Mit der Photolithographie lassen sich nicht nur elektronische Schaltkreise fertigen, sondern auch Strukturen auf polymere Oberflächen übertragen. Chemisch funktionalisierte Nanopartikel organisieren sich dort anschließend selbstständig.« Mittels Mikrokontaktstempelverfahren konnte der jetzige Doktorand an der ETH Zürich gezielt Partikel übertragen. Einen Nadel-Ring-Mikroarrayer nutzte er, um das beschichtete Substrat zu strukturieren.

»Die Ergebnisse seiner Arbeit sind nicht nur wissenschaftlich hochinteressant, sondern auch wirtschaftlich«, urteilt Professor Herwig Brunner, Leiter des Stuttgarter Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB. »Auf mehreren Konferenzen erregten sie hohe Aufmerksamkeit.«