Quelltext der Seite Bioelektronik

Als '''Bioelektronik''' (auch: ''Biochips'') wird der Teilbereich der [[Mikrotechnologe|Mikrotechnologie]], der [[Nanotechnologie]] und der [[Biotechnologie]] bezeichnet, in dem versucht wird, biologische und elektronische Bauelemente zu kombinieren und so technisch nutzbar zu machen.<ref>{{Literatur |Titel=Handbook of Biochips: Integrated Circuits and Systems for Biology and Medicine |Verlag=Springer New York |Ort=New York, NY |Datum=2022 |Sprache=en |ISBN=978-1-4419-9318-2 |DOI=10.1007/978-1-4614-3447-4 |Online=https://link.springer.com/10.1007/978-1-4614-3447-4 |Abruf=2023-01-16}}</ref>

Grundlage der Bioelektronik ist, dass biologische Systeme wie elektronische Schaltkreise elektrische [[Impuls]]e zur Informationsverarbeitung nutzen. So stellt etwa das [[Gehirn]] des Menschen ein extrem [[komplexes System]] dar, bei dem 100 Milliarden Zellen miteinander verknüpft sind und über elektrische und biochemische Verbindungen vernetzt sind.

Im Zentrum der bioelektronischen Forschung stehen z. B. [[Biosensor]]en, die Entwicklung biologisch gesteuerter [[Prothese]]n und die [[DNA-Computer]] (Prototyp [[TT-100]]). Biosensoren stellen [[Halbleiter]]elemente dar, die mit biologischen Molekülen oder Zellen bestückt sind. Dies können etwa [[Enzym]]e oder [[Antikörper]] sein. Auf diese Weise wird ein System geschaffen, das biochemische Signale in elektrische Impulse wandeln und an elektronische Schaltkreise weitergeben kann. Mit diesen Sensoren können Konzentrationen etwa von [[Gift]]en, [[Blutzucker]]werte oder Luft- und Wasserverschmutzungen bereits bei geringen Änderungen registriert werden.

== Geschichte ==
Die erste direkte Verbindung von lebenden Zellen gelang der Forschergruppe um [[Peter Fromherz]] am [[Max-Planck-Institut für Biochemie]] in [[Martinsried]].<ref>{{Literatur |Autor=Peter Fromherz |Titel=Interfacing von Nervenzellen und Halbleiterchips: Auf dem Weg zu Hirnchips und Neurocomputern? |Sammelwerk=Physik Journal |Band=57 |Nummer=2 |Datum=2001-02 |DOI=10.1002/phbl.20010570211 |Seiten=43–48 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/phbl.20010570211 |Abruf=2023-01-16}}</ref> Dem Team gelang es 1991 mit Hilfe [[Anwendungsspezifische integrierte Schaltung|selbstentwickelter Silizium-Halbleiter]] Veränderungen des [[Elektrische Feldstärke|elektrischen Feldes]] einer lebenden [[Nervenzelle]] zu messen. Die Schwierigkeit besteht in der unterschiedlichen Art der Kommunikation über elektrische Ladungsträger: Halbleiter bedienen sich der Elektronen, Zellen benutzen Ionen.
1995 war es erstmals möglich, Informationen auch in die andere Richtung zu übertragen.
Ziel dieser Forschung ist es, etwa Prothesen direkt über die [[Nervenzelle]]n und somit über das [[Brain-Computer-Interface|Gehirn steuerbar zu machen]].

== Anwendungen ==
Beispiele für Anwendungen sind [[DNA-Computer]], bei denen die Datenspeicherung und -verarbeitung auf der Basis des Erbmoleküls [[Desoxyribonukleinsäure|DNA]] basieren soll. Auf diesem Weg sollen Computer mit extrem hohen Rechenleistungen und extrem schnellen Verarbeitungszeiten geschaffen werden.

Weitere Entwicklung sind [[Molekularspeicher]]<ref>{{Internetquelle |autor=Michael Leitner |url=https://www.futurezone.de/science/article217928837/Datenverlust-vermeiden-Molekularspeicher-sichert-Daten-mehrere-Jahrhunderte.html |titel=Datenverlust vermeiden: Molekularspeicher sichert Daten mehrere Jahrhunderte |abruf=2019-07-17 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20190607135439/https://www.futurezone.de/science/article217928837/Datenverlust-vermeiden-Molekularspeicher-sichert-Daten-mehrere-Jahrhunderte.html |archiv-datum=2019-06-07 |offline=ja }}</ref> und [[Pflanzenspeicher]].<ref>{{Internetquelle |url=http://www.storing-data-into-living-plant.net/experiment |titel=Storing data into a living plants |abruf=2019-07-17}}</ref>

Das Unternehmen [[Neuralink]] arbeitet an der Kommerzialisierung eines [[Brain-Computer-Interface]].

== Literatur ==
{{Siehe auch|Mikrosystemtechnik}}

=== Andere ===
* {{Literatur |Titel=Künstliche Sinne, gedoptes Gehirn: Neurotechnik und Neuroethik |Hrsg=Helmut Fink, Rainer Rosenzweig |Verlag=Mentis |Ort=Paderborn |Datum=2010 |ISBN=978-3-89785-694-3}}

=== Fachbücher ===
* {{Literatur |Autor=Krzysztof Iniewski |Titel=CMOS Bio-Microsystems: Where Electronics Meets Biology |Verlag=Wiley |Ort=Hoboken, New Jersey |Datum=2011 |Sprache=en |ISBN=978-0-470-64190-3}}
* {{Literatur |Autor= |Titel=Nanomedicine Design of Particles, Sensors, Motors, Implants, Robots, and Devices |Hrsg=Mark J. Schulz, Vesselin N. Shanov, Yeoheung Yun |Verlag=Artech House |Ort=Boston |Datum=2009 |Sprache=en |ISBN=978-1-59693-280-7}}

== Siehe auch ==
* [[Bioelektrochemie]]
* [[Biophotonik]]
* [[Neuroprothese]]

== Weblinks ==
* [https://www.fh-aachen.de/forschung/inb/das-institut/ Institut für Nano- und Biotechnologien an der FH Aachen]
* [https://www.tu.berlin/go21248/ Gemeinsames Labor für Bioelektronik an der TU Berlin]
* [https://www.fz-juelich.de/de/ibi/ibi-3 AG Bioelektronik am Forschungszentrum Jülich]
* [http://www.weltderphysik.de/gebiet/leben/news/2007/hybrid-biosensor-aus-zellen-und-transistor-geht-auf-wirkstoffsuche/ Chips und Neuronen im Dialog – Bericht über die Arbeit der Gruppe um Peter Fromherz]
* [http://www.leibniz-institut.de/archiv/birkholz_29_07_09.pdf  M. Birkholz: Konvergenz in Sicht – Mikroelektronik und Biotechnologie wachsen zusammen]

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4280161-8|LCCN=sh91002927}}

[[Kategorie:Biotechnologie]]
[[Kategorie:Neurologie]]
[[Kategorie:Elektronik]]
[[Kategorie:Biologische Untersuchungsmethode]]
[[Kategorie:Technisches Fachgebiet]]