Hermetisch dichte Beschichtungen für Neuroimplantate

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Walter Lang; Professor Dr.-Ing. Hoc Khiem Trieu
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410498015

Neuroimplantate versprechen langfristige Lösungen bei schweren neurologischen Krankheiten, die derzeit noch nicht wirksam behandelt werden können. Beispiele sind Blindheit, Parkinson oder das Locked-in Syndrom. Diese Systeme sind sehr dünne flexible Folien, die chronisch im Gehirn aktiv arbeiten müssen. Es stellen sich Anforderungen an die hermetische Dichtheit dünner Schichten, die bisher nicht erfüllt werden können. Ziel des Projekts ist, einen Aufbau und ein Schichtsystem zu finden, die es langfristig ermöglichen sollen, dass Implantate in der Umgebung der Gehirnflüssigkeit über 20 Jahre und mehr stabil funktionieren. Es werden Mehrfachschichten aus Polymeren und oxidischen Zwischenschichten untersucht. Als Polymere werden Polyimid und Parylen eingesetzt. Als Zwischenschichten werden Metalloxide eingesetzt, die durch Atomic Layer Deposition abgeschieden werden. Sodann werden Systeme untersucht, bei denen jede einzelne Leiterbahn für sich vollständig hermetisch ummantelt ist. Die Innovation liegt in der Entwicklung, Prüfung und Optimierung einerseits eines neuartigen Konzepts zur hermetischen Einkapselung von elektronischen Implantaten, anderseits eines Multi-Prozesses, mit denen anorganische-organische Barrieren auf flexiblen Substrate aus verschiedenen Materialien isotrop und fehlerfrei abgeschieden werden können. Die gewählte wissenschaftliche Methode ist, zunächst Testverfahren und Teststrukturen zu erarbeiten und mit diesen Verfahren eine Reihe von Schichtsystemen in Form einer Matrixuntersuchung zu untersuchen. Als Testverfahren ist insbesondere der Accelerated Soak Test vorgesehen. Dabei werden die Strukturen in heißer Kochsalzlösung gelagert und mit dielektrischer Spektroskopie gemessen. Es werden Teststrukturen mit verschiedenen Topographien hergestellt. Diese werden mit verschiedenen Schichtfolgen versehen, untersucht und bewertet. Für eine oder mehrere ausgewählte Beschichtungen werden Gesamtsysteme assembliert und untersucht.Zur theoretischen Beschreibung der Vorgänge bei der Wasserdiffusion wird ein Modell erarbeitet, das auf dem Ansatz von Aktivierungsenergien beruht. Da für die Korrosion Wasser in flüssiger Form notwendig ist, wird die Kondensation des diffundierten Wasserdampfs an der Grenzfläche zwischen der Polymer- und der ALD-Schicht mit Hilfe von Mikrokavitäten mit modelliert. Experimentell wird der Sachverhalt durch unterschiedliche Haftungseigenschaften zwischen der Polymer- und der ALD-Schicht nachgebildet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen