Flexible LEDs: neue Wege zur optischen Anregung von Nervenzellen

Zwei neue Publikationen im Fachjournal Nature Communications beschreiben extrem dünne, flexible und robuste Lichtquellen und wie organische Leuchtdioden in Zukunft neuronale Technologien revolutionieren können.

Ein Team von Wissenschaftlern der University of St Andrews und des Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik Meinsberg e.V. (KSI Meinsberg) haben neue Lichtquellen entwickelt, die so dünn und flexibel sind wie Frischhaltefolie und dennoch derart robust, dass sie über Wochen hinweg in wässrigen Lösungen betrieben werden können. Die Lichtquellen basieren auf organischen Leuchtdioden, die mit einer Schutzschicht aus Metalloxiden und biokompatiblen Polymeren versehen sind und dadurch sogar eine Behandlung in Lösemitteln oder Gasplasma überstehen.

Die Widerstandskraft und der extreme Formfaktor der organischen Leuchtdioden ermöglicht vielfältige neue Anwendungen, beispielsweise zur Integration in Verpackung und Kleidung, wo die Lichtquellen als leuchtende Indikatoren verwendet werden können. Ihre Stabilität in Wasser und physiologischen Lösungen macht sie außerdem besonders geeignet für tragbare Anwendungen in der Medizin sowie als Implantate in der neurowissenschaftlichen Forschung.

Die Wissenschaftler entwickelten miniaturisierte, strukturierte organische Leuchtdioden und testeten diese zur Nervenstimulation an Fruchtfliegen, einem genetischen Modellsystem. Möglich ist dies durch Optogenetik – eine Technik in der Neurologie, mittels der Nervenzellen lichtsensitiv gemacht werden. Damit konnten die Wissenschaftler gezielt sensorische Neuronen in individuellen Segmenten von Fruchtfliegenlarven an- und ausschalten und die Larven dadurch zu gezielten Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen animieren, wobei die Dynamik der Lichtstimulation die genaue Reaktion und Geschwindigkeit der Bewegung steuerte. Die Untersuchungen werfen eine Reihe von Hypothesen bezüglich der Lokomotion dieser Organismen auf, die nun mittels organischer Leuchtdioden genauer untersucht werden können.

Zukünftig sollen die gewonnenen Erkenntnisse aus den neurologischen Studien mit dem Durchbruch im Bereich flexibler, langlebiger Lichtquellen kombiniert werden, um Lichtquellen zu schaffen, die in das Gehirn höherer Organismen implantiert werden können. Dies würde Wissenschaftlern ermöglichen, Gehirnfunktionen genauer zu untersuchen und die Ursachen neurologischer Krankheiten besser zu verstehen. Die Forscher des KSI Meinsberg und der University of St Andrews hoffen, dass ihre Technologie zukünftig in der Medizintechnik eingesetzt werden kann, um Patienten zu helfen, die an Blindheit, Taubheit oder anderen neurologischen Krankheiten leiden.

Die zwei Artikel wurden heute (07.12.2020) im Journal Nature Communications veröffentlicht und sind frei verfügbar unter:

  1. Murawski, S.R. Pulver, M.C. Gather: „Segment-specific optogenetic stimulation in Drosophila melanogaster with linear arrays of organic light-emitting diodes“, https://www.nature.com/articles/s41467-020-20013-6
  2. Keum, C. Murawski, E. Archer, S. Kwon, A. Mischok, M.C. Gather: „A substrateless, flexible, and water-resistant organic light-emitting diode“, https://www.nature.com/articles/s41467-020-20016-3

Pressemitteilungen:

University of St Andrews “The lightest light – the future of digital displays and brain science”,
07.12.2020: https://news.st-andrews.ac.uk/archive/the-lightest-light-the-future-of-digital-displays-and-brain-science/

Phys.org „The lightest light – the future of digital displays and brain science”,
07.12.2020: https://phys.org/news/2020-12-lightest-future-digital-brain-science

iNews “Clingfilm-like light sources could help visually-impaired people to see again”,
07.12.2020: https://inews.co.uk/news/technology/clingfilm-like-light-sources-visually-impaired-people-st-andrews-research-785551

Mirage News “Lightest light – future of digital displays and brain science”,
07.12.2020:  https://www.miragenews.com/lightest-light-future-of-digital-displays-and-brain-science/

TechTime „LOOK: ‘Thin as Film’ Organic LED May Soon be Used for Smartphones and Neurological Disease Treatment”,
07.12.2020: https://www.techtimes.com/articles/254819/20201207/look-thin-film-organic-led-soon-used-smartphones-neurological-disease.htm

Deadline News “Scientist’s LED discovery could advance brain science”,
08.12.2020: https://www.deadlinenews.co.uk/2020/12/08/the-lightest-light-the-future-of-digital-displays-and-brain-science-research-news-scotland/

AZO Optics “New Method to Make Most Durable, Lighter, Thinnest Light Source”,
08.12.2020: https://www.azooptics.com/News.aspx?newsID=26451

Interesting Engineering “’Lightest Light’ LEDs to Transform Brain Science, Digital Displays, Say Studies”,
08.12.2020: https://interestingengineering.com/lightest-light-leds-to-transform-brain-science-digital-displays-say-studies

Physik Journal “Ultradünne OLED“,
Februar 2021, S. 16: https://www.pro-physik.de/physik-journal/februar-2021

Dr. Caroline Murawski steht für Fragen zur Verfügung unter caroline.murawski@ksi-meinsberg.de bzw. 034327 608175.

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