elektrodenarrays

Elektrodenarrays sind Baugruppen aus mehreren Elektroden, die gemeinsam in oder auf biologischem Gewebe positioniert werden, um elektrische Signale zu erfassen oder zu stimulieren. Durch die räumliche Anordnung lassen sich Mess- oder Stimulationssignale über viele Kanäle hinweg simultan ablesen oder modulieren.

Man unterscheidet invasive Arrays, die in das Gewebe implantiert werden, von nicht-invasiven oder semi-invasiven Systemen. Häufige invasive Beispiele sind der Utah-Array, Michigan-Proben und hochdichte Neuropixels-Sonden. Nicht-invasive Varianten umfassen multielektrodige EEG-Kappen und ECoG-Grids, die auf der Hirnrinde liegen oder sie abdecken. Die Grenze zwischen Mikro- und Makroelektroden hängt von Kontaktfläche, Abtastrate und Kanalanzahl ab.

Elektroden bestehen typischerweise aus Materialien wie Platin-Iridium, Kohlenstofffasern oder Gold, oft mit Beschichtungen wie Iridiumoxid oder PEDOT, um Stabilität, Biokompatibilität und niedrige Impedanz zu verbessern. Die Isolation erfolgt meist durch Polyimid, Silizium oder Silikon, sodass nur die Kontakte elektrisch leitend bleiben.

Anwendungsfelder umfassen Grundlagenforschung in der Neurophysiologie, Brain-Computer-Interfaces, neurochirurgische Überwachung sowie klinische Anwendungen wie Epilepsie-Monitoring und tiefe Hirnstimulation. Wichtige Designparameter sind Kanalzahl, Kontaktfläche, Impedanz, Biokompatibilität, Implantationsrisiken und Langzeitstabilität der Gewebebeziehung.

Herausforderungen sind Fremdkörperreaktionen des Gewebes, Gliosis sowie mechanische Belastungen durch Mikrobewegungen, die die Langzeitqualität der Signale beeinträchtigen. Forschungsrichtungen zielen auf flexiblere, biokompatible Substrate, höhere Dichte, verbesserte Impedanzkontrolle und integrierte bidirektionale Schnittstellen.