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title: "Forscher der Penn State University entwickeln 3D-gedruckte Bioelektroden, die auf die individuelle Geometrie des Gehirns zugeschnitten sind"
url: https://www.voxelmatters.com/de/forscher-der-penn-state-university-entwickeln-3d-gedruckte-bioelektroden-die-auf-die-individuelle-geometrie-des-gehirns-zugeschnitten-sind/
date: 2026-04-18
modified: 2026-04-18
lang: de
author: "Joseph Caron-Dawe"
description: "Forscher der Penn State University haben ein Verfahren zum 3D-Druck weicher Hirnelektroden entwickelt, deren Form genau auf die individuelle Oberflächengeometrie einzelner Patienten abgestimmt ist. Ziel ist es, die neuronale Überwachung..."
categories:
  - "Bioprinting"
  - "Biotinten"
  - "Forschung und Lehre"
  - "Medizinische Forschung"
tags:
  - "future"
image: https://www.voxelmatters.com/wp-content/uploads/2026/04/Penn-State-Brain-Study-01-640x400.jpg
word_count: 512
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# Forscher der Penn State University entwickeln 3D-gedruckte Bioelektroden, die auf die individuelle Geometrie des Gehirns zugeschnitten sind

[Forscher der Penn State University](https://www.voxelmatters.com/penn-state-researchers-create-4d-printed-hydrogel-that-conceals-and-displays-images-on-demand/) haben ein Verfahren zum [3D-Druck weicher Hirnelektroden](https://www.voxelmatters.com/de/die-penn-state-university-erhaelt-eine-foerderung-in-hoehe-von-3-millionen-us-dollar-vom-nih-zur-weiterentwicklung-des-bioprintings/) entwickelt, deren Form genau auf die individuelle Oberflächengeometrie einzelner Patienten abgestimmt ist. Ziel ist es, die neuronale Überwachung bei neurodegenerativen Erkrankungen zu verbessern.

Die Arbeit wurde [in der Fachzeitschrift „Advanced Materials“ veröffentlicht](https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202516291) und befasste sich mit einer weit verbreiteten, seit langem bestehenden Einschränkung in der Technologie neuronaler Schnittstellen: Standard-Bioelektroden bestehen aus starren Materialien in generischen Formen, die sich nicht an die äußerst variable Oberflächentopologie des Gehirns anpassen.

Die äußere Oberfläche des Gehirns ist durch einen als Gyrifikation bezeichneten Prozess gefaltet und bildet Erhebungen, die als Gyri, sowie Vertiefungen, die als Sulci, bekannt sind. Während die großen kortikalen Falten bei allen Menschen gleich sind, variiert die genaue Anordnung von Person zu Person erheblich, und herkömmliche Elektrodendesigns berücksichtigen diese Variation nicht.

„Jeder Mensch hat eine andere Gehirnstruktur, abhängig von Größe, Gewicht, Alter, Geschlecht und weiteren Faktoren“, erklärte Tao Zhou, Wormley Family Early Career Professor und Assistenzprofessor für Ingenieurwissenschaften und Mechanik an der Penn State sowie korrespondierender Autor der Studie. „Trotzdem versuchen wir, neuronale Schnittstellen so an das Gehirn anzupassen, als hätten alle Menschen identische Strukturen. Das hat uns motiviert, Elektroden zu entwickeln, die auf der Grundlage der jeweiligen Gehirnstruktur individuell auf jeden Einzelnen zugeschnitten sind.“

## Fertigungsverfahren und Materialauswahl

Das Team fertigte Elektroden, die hauptsächlich aus Hydrogel bestanden, um die mechanischen Eigenschaften des Hirngewebes so gut wie möglich nachzuahmen. [Eine von Waben inspirierte Geometrie wurde verwendet](https://www.voxelmatters.com/purdue-researchers-think-honeycomb-pattern-could-inspire-am-designers/), um Flexibilität und strukturelle Festigkeit in Einklang zu bringen und gleichzeitig die Produktionszeit und den Materialverbrauch gering zu halten.

![Penn State researchers develop 3D printed bioelectrodes tailored to individual brain geometry](https://www.voxelmatters.com/wp-content/uploads/2026/04/Penn-State-Brain-Study-02-340x340.jpg)Bildquelle: Tao Zhou

„Die Wabenstruktur ermöglicht es uns, die Steifigkeit der Elektroden deutlich zu verringern, ohne dabei ihre mechanische Festigkeit zu beeinträchtigen“, erklärte Zhou. „Darüber hinaus hilft uns diese Struktur, den Gesamtmaterialverbrauch bei der Herstellung zu senken, was wiederum die Produktionszeit, die Kosten und die Umweltbelastung reduziert.“

Der Produktionsprozess beginnt mit einem MRT-Scan, dessen Daten in eine Finite-Elemente-Analyse einfließen, um eine detaillierte Simulation der neuronalen Struktur des Patienten zu erstellen. Anschließend entwirft eine Software ein maßgeschneidertes Elektrodenmodell, das mittels Direkt-Tintenstrahldruck gedruckt wird – eine Technik, mit der Elektroden hergestellt werden können, die Gehirnsignale auf einer relativ kleinen Oberfläche überwachen und übertragen können.

Das Team druckte anhand von MRT-Daten von 21 Patienten [3D-Modelle des Gehirns](https://www.voxelmatters.com/3d-printed-synthetic-brain-models-developed-by-mizzou-team-replicate-tissue-complexities/) und maß physisch, wie gut sich die Elektroden an die jeweilige Oberfläche anpassten. Die Hydrogel-Elektroden zeigten eine nahezu perfekte elektrische Leitfähigkeit und konnten im Gegensatz zu steiferen Alternativen angebracht werden, ohne das weiche Hirngewebe zu beschädigen. In 28-tägigen Versuchen an Ratten lösten die Elektroden keine Immunreaktion aus und zeigten während der gesamten Dauer eine konstante Leistungsfähigkeit.

„Die Anpassung der Elektroden an die spezifische Struktur des Gehirns verbessert ihre Zuverlässigkeit erheblich“, sagte Zhou. „Da sie sich besser an das Gehirn anpassen, wird die Signalqualität selbst deutlich verbessert.“

Das Forschungsteam plant nun, die Arbeit auf klinische Anwendungen auszuweiten. „Wir wollen diese Technologie weiter verbessern, um die Elektroden für die Überwachung bestimmter Krankheiten zu optimieren“, sagte Zhou. „In Zukunft möchten wir gerne mit Patienten zusammenarbeiten, um zu sehen, wie dieser Ansatz die Gehirnüberwachung und die Behandlung von Krankheiten im klinischen Umfeld unterstützen könnte.“