Ab ins Auge: Ingenieur will Solarpanel implantieren

Ein Forschungsteam der University of New South Wales (UNSW) in Australien arbeitet an einem Prototyp eines Implantats, das in die Netzhaut eingesetzt wird, um das Sehvermögen zu verbessern. Das Implantat nutzt eine Technologie, die auf Solarzellen basiert, heißt es in einer Pressemitteilung der Universität. Sie sind winzig klein, ähneln aber denen, die Sonnenlicht in Elektrizität umwandeln.

Neuroprothetik ein relativ neues Forschungsgebiet

Während eine Prothese ein fehlendes oder nicht funktionierendes Körperteil ersetzt, ist die Neuroprothetik ein relativ neues Gebiet, auf dem die Prothese mit dem Nervensystem interagiert, um verloren gegangene Funktionen wiederherzustellen.

Cochlea-Implantate sind ein sehr gutes Beispiel für Neuroprothesen. Bei Menschen mit schwerem Hörverlust wandelt das Implantat Schall in elektrische Signale um, die dann zur Stimulation des Hörnervs verwendet werden und das Gehör wiederherstellen.

Ein ähnlicher Ansatz könnte auch bei Sehbehinderungen zum Einsatz kommen. „Menschen mit bestimmten Krankheiten wie Retinitis Pigmentosa und altersbedingter Makuladegeneration verlieren langsam ihr Sehvermögen, weil die Fotorezeptoren im Zentrum des Auges degenerieren“, erklärt Udo Roemer, Ingenieur mit Spezialgebiet Photovoltaik an der UNSW. Fotorezeptoren sind Zellen im Auge, die Licht und Farbe wahrnehmen.

Sehkraftverlust mit Solarzellen behandeln – so soll es funktionieren

Mit Solarzellen den Sehkraftverlust zu behandeln, klingt erst einmal ein wenig nach Science-Fiction, doch so soll es funktionieren: Da die Fotorezeptoren geschädigt sind, muss die Prothese sie umgehen und das einfallende Licht in elektrische Signale umwandeln. Diese können dann an den Sehnerv weitergeleitet werden und ermöglichen das Sehen.

Statt neue Fotorezeptorzellen zu züchten, experimentierten die Forscher mit Elektroden, die einen Spannungsimpuls erzeugen. Das funktioniert zwar prinzipiell, erfordert aber Drähte, die in das Auge eingeführt werden müssen, was das Verfahren kompliziert macht.

Roemer ist Teil eines multidisziplinären Forscherteams aus Ingenieuren, Neurowissenschaftlern und Biotech-Experten, das dieses Ziel mithilfe von Solarzellen erreichen will. Die Idee ist, ein winziges Solarpanel am Augapfel zu befestigen und das einfallende Licht in einen elektrischen Impuls umzuwandeln, der an das Gehirn gesendet wird.

Gerät kann sich selbst mit Strom versorgen

Der Hauptvorteil von Solarzellen gegenüber Elektroden besteht laut Forschungsteam darin, dass sich Geräte selbst mit Energie versorgen können, ohne dass Kabel zum Auge benötigt werden. Diese Technologie ist nicht neu, aber Roemer geht bei der Umsetzung einen anderen Weg. Statt des üblichen Siliziums verwendet er für seine Solarzellen spezielle Halbleiter wie Galliumarsenid und Galliumindiumphosphid.

Diese Materialien sind zwar teurer, bieten aber Vorteile bei der Verarbeitung und lassen sich flexibel anpassen. Roemer erklärt, dass drei Solarzellen nötig sind, um die Spannung für die Signalübertragung zum Gehirn zu erzeugen. Er erforscht, wie sich diese effizient stapeln lassen. Gallium zeichnet sich dabei durch seine einfache Stapelbarkeit aus, was es für die Forschung besonders attraktiv macht.

„Wenn man sich Fotorezeptoren als Pixel vorstellt, dann brauchen wir eigentlich drei Solarzellen, um genügend Spannung zu erzeugen, um sie an das Gehirn zu senden“, erklärt Roemer in der Presseerklärung. „Wir untersuchen also, wie wir sie übereinander stapeln können, um dies zu erreichen.“ Gallium ist viel einfacher zu stapeln als Silizium, weshalb die Forscher es bevorzugten.

Nun muss die Technik geschrumpft werden

Noch ist die Technik vergleichsweise groß. Roemer erwartet, dass das neu entwickelte Gerät nach umfangreichen Labor- und Tierversuchen bei der Anwendung am Menschen eine Größe von etwa 2 mm² haben wird, wobei die einzelnen Pixel etwa 50 Mikrometer groß sein werden. Er weist darauf hin, dass es noch ein langer Weg ist, bis diese Technologie in die Netzhaut von Menschen mit degenerativen Augenerkrankungen implantiert werden kann.

Er weist auch darauf hin, dass trotz der Effizienz der gestapelten Solarzellen das Sonnenlicht allein nicht ausreicht, um die in die Netzhaut implantierten Solarzellen zu betreiben. Die Patienten müssten daher möglicherweise eine spezielle Brille oder eine intelligente Brille tragen. Diese würden das Sonnenlicht auf die notwendige Intensität verstärken, um die Neuronen im Auge zuverlässig zu stimulieren.