Revolutionäre Fortschritte bei der drahtlosen Stromversorgung von optischen Implantaten

Optische Implantate haben in der Medizin und Forschung eine wichtige Rolle eingenommen. Sie ermöglichen die Analyse von Zellen und Geweben und bieten die Möglichkeit, genetisch modifizierte Zellen durch Lichtimpulse zu aktivieren. Bisherige Lichtquellen für diese Implantate waren jedoch sperrig und erforderten eine Stromversorgung über Kabel, was zu Einschränkungen führte. Doch nun haben Forscher von der Universität St. Andrews in Schottland und der Universität Köln bedeutende Fortschritte in der drahtlosen Stromversorgung von optischen Implantaten erzielt.

Die Forscher haben eine Methode entwickelt, bei der die benötigte Energie über magnetische Wechselfelder drahtlos übertragen wird. Dabei wird eine herkömmliche Spule verwendet, um Energie in Form eines magnetischen Wechselfeldes in den Raum zu übertragen. Dieses Feld wird von einer Dünnschichtantenne aus dem magnetostriktiven Material Metglas aufgenommen. Das Besondere an Metglas ist, dass es sich je nach Richtung des Magnetfeldes ausdehnt oder zusammenzieht. Diese Bewegungen werden dann an eine piezoelektrische Schicht weitergeleitet, die die mechanischen Bewegungen in elektrische Spannung umwandelt und somit die drahtlose Stromversorgung ermöglicht.

Was diese Methode besonders macht, ist die Möglichkeit, organische Leuchtdioden (OLEDs) als Träger für die magnetoelektrische Doppelschicht (ME) zu verwenden. Durch einen sandwichartigen Aufbau entsteht eine magnetoelektrische organische Doppel-LED (ME-OLED), die sowohl die positive als auch die negative Halbwelle des magnetischen Sinussignals nutzt. Dadurch sind keine Empfänger, Wandler oder Kabel wie bei herkömmlichen anorganischen LEDs notwendig.

Die Forscher haben sich für die Übertragung von Energie über niederfrequente magnetische Wechselfelder mit einer Frequenz von 100 kHz entschieden. Dadurch ist es möglich, eine ME-OLED auch in einer wässrigen Umgebung mehrere Zentimeter tief zu betreiben. Die Übertragung von Energie erfolgt durch Nutzung der Resonanzfrequenz der ME-Antenne, was zusätzliche Vorteile mit sich bringt. Die Länge der ME-Antenne beeinflusst die Resonanzfrequenz und ermöglicht somit eine separate Steuerung von ME-OLEDs mit ausreichendem Längenunterschied, was die Grundlage für ein Display mit mehreren Pixeln bildet.

Die Wissenschaftler sind zuversichtlich, dass ihre Methode den Weg für zahlreiche Anwendungen in Bereichen wie drahtlosen Displays, Behandlung von Tiefengewebe, Sensorik, Bildgebung und Medizin ebnen wird. Aus diesem Grund haben der Hauptautor Julian Butscher und Professor Gather die Technik frühzeitig im Namen der Universität Köln zum Patent angemeldet.

Die Forschungsarbeit mit dem Titel “Wireless Magnetoelectrically Powered Organic Light-Emitting Diodes” wurde in dem Fachjournal Science Advances veröffentlicht. Mit dieser bahnbrechenden Methode sind wir einen Schritt näher daran, optische Implantate in der Medizin und Forschung noch effizienter und vielseitiger einzusetzen.

Schlagwörter: kHz + Köln + Metglas

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