Ein Graphen-"Tattoo" könnte helfen, dass Herzen gleichmäßig schlagen.

Einige Tattoos lassen das Herz wirklich höher schlagen.

Bei Ratten könnte ein Graphen-"Tattoo", das am Herzen haftet, einen abnorm langsamen Herzschlag behandeln. Wie ein futuristischer Herzschrittmacher lieferte das Gerät elektrische Signale, die das Herz richtig pumpten, berichten Wissenschaftler online am 25. März in Advanced Materials.

Das elektronische Gerät ist derzeit ein Konzeptnachweis, aber eine Version für den Einsatz in menschlichen Herzen könnte innerhalb von fünf Jahren zum Test bereit sein, schätzt Igor Efimov, ein kardiovaskulärer Ingenieur an der Northwestern University in Chicago.

Efimov und seine Kollegen haben jahrelang implantierbare Geräte entwickelt, die sich dem Körper anpassen. Eine Hauptherausforderung besteht darin, wie man starre Elektronik mit weichem, manchmal pochendem Gewebe verbinden kann. Bei den meisten aktuellen Herzschrittmachern legen Ärzte Elektroden auf lange Drähte, die durch eine Vene im Herzen geführt werden. Bei jedem Herzschlag - etwa 100.000 Mal pro Tag - biegen sich die Drähte. Genug Biegungen, und das Gerät bricht schließlich, sagt Efimov. Eine Lösung besteht darin, ultradünne Materialien zu verwenden, die mit den Bewegungen des Herzens mitfahren, ähnlich wie Frischhaltefolie, die an zitterndem Wackelpudding haftet.

Im Jahr 2021 sah Efimov etwas vielversprechendes: ein Papier über Graphen-Geräte, die wie temporäre Tattoos auf die Haut aufgetragen werden. Im Gegensatz zu den oft in Elektronik verwendeten Metallkomponenten ist Graphen "atomar dünn", sagt Dmitry Kireev, ein biomedizinischer Ingenieur an der University of Texas in Austin, der die Graphen-Tattoos entwickelt hat.

Graphen - eine einzelne Schicht Kohlenstoffatome, die in einem Bienenwabenmuster angeordnet sind - ist ein attraktives Material für die biomedizinische Nutzung, sagt Nai-Chang Yeh, eine Caltech-Physikerin, die nicht an der Arbeit beteiligt war (SN: 14.3.14). "Graphen ist sehr flexibel, biokompatibel, hochtransparent, hochleitfähig und mechanisch stark", sagt sie.

Aber Kireev hatte noch nie Graphen-Tattoos auf Herzgewebe aufgebracht. Efimov kontaktierte ihn und sagte: "Möchten Sie es ausprobieren? Wir können helfen." Die Forscher arbeiteten zusammen und testeten die Geräte in Experimenten an Mausherzen und in lebenden Ratten. Bei den Ratten konnte das Herz-Tattoo durch das Senden von elektrischen Impulsen an das Organ einen unregelmäßigen Schlag korrigieren, berichtet das Team.

Die Tattoos sandwichen eine transparente Schicht aus Graphen zwischen Schichten aus dehnbarem Silikon und ultradünner Polymerfolie. Goldfolie verbindet das Graphen mit Drähten, die zu einer Stromquelle führen, die Strom durch das Gerät sendet.

Zukünftige Versionen des Tattoos werden drahtlos sein, sagt Efimov, vielleicht mit einer winzigen Antenne, die elektrische Signale von einem externen Gerät auf der Brust einer Person aufnimmt. Und eines Tages sieht Efimov Graphen-Elektroden in der Größe von Reiskörnern, die in die Herzmuskulatur injiziert werden. Solche Miniaturgeräte könnten Herzschrittmacher-Aufgaben ohne die typischen klobigen Komponenten ausführen.

All das mag wie Science-Fiction klingen, aber die Technologie ist fast hier, sagt Efimov. "Jetzt ist die Zeit gekommen, sie zu entwickeln."