Bioelectronics Engineering
In den 1780er Jahren beobachtete Luigi Galvani, dass sich die Muskeln von Froschschenkeln durch elektrische Reize zusammenzogen. Er schloss daraus, dass elektrische Prozesse ein natürlicher Bestandteil lebender Organismen sind. Alessandro Volta widersprach dieser Interpretation und argumentierte, die Elektrizität entstehe durch den Kontakt verschiedener Metalle. Um seine These zu belegen, entwickelte er 1800 die Voltasche Säule – die erste Batterie mit konstantem Stromfluss.
Bedeutung:
Auch wenn Galvani und Volta unterschiedliche Erklärungen vertraten, legten ihre Arbeiten gemeinsam den Grundstein für die Bioelektronik. Sie zeigten, dass Elektrizität systematisch erzeugt, gemessen und auf biologische Systeme angewendet werden kann – ein entscheidender Startpunkt für die Erforschung elektrischer Prozesse im Leben.
Urheber: ZDF/scobel/Claus Ast/Tamara Skalski/Maximilian
Im 19. Jahrhundert wurde die Elektrophysiologie als eigenes Forschungsfeld etabliert. Emil du Bois-Reymond konnte elektrische Spannungen in Nerven und Muskeln messen. Hermann von Helmholtz zeigte, dass Nervenimpulse eine endliche, messbare Geschwindigkeit besitzen.
Bedeutung:
Diese Arbeiten widerlegten die Vorstellung von „mystischen Lebenskräften“. Nerven wurden erstmals als elektrische Signalträger verstanden – ein zentraler Schritt hin zur modernen Neurobiologie und Bioelektronik.
Willem Einthoven entwickelte das Elektrokardiogramm (EKG) und machte damit elektrische Herzsignale klinisch messbar. Kurz darauf gelang Hans Berger die erste Ableitung der elektrischen Aktivität des Gehirns – das Elektroenzephalogramm (EEG).
Bedeutung:
Bioelektrische Signale wurden erstmals diagnostisch nutzbar. EKG und EEG gehören bis heute zu den wichtigsten Werkzeugen der modernen Medizin.
Anhand von Nervenzellen des Riesenkalmars entwickelten Hodgkin und Huxley ein mathematisches Modell, das beschreibt, wie elektrische Signale entlang von Nervenzellen entstehen und weitergeleitet werden. Dieses sogenannte Hodgkin-Huxley-Modell erklärt das Aktionspotential bis heute.
Bedeutung:
Die elektrische Signalverarbeitung von Nervenzellen wurde erstmals quantitativ und vorhersagbar beschrieben – eine Grundlage für Neurotechnik, Simulationen und bioelektronische Systeme.
Mit dem Fortschritt der Halbleitertechnik wurden erste dauerhaft implantierbare Geräte möglich. Dazu zählen der Herzschrittmacher und später das Cochlea-Implantat, das Hörnerven direkt elektrisch stimuliert.
Bedeutung:
Bioelektronik war nicht mehr nur Messinstrument, sondern konnte aktiv in biologische Prozesse eingreifen. Elektronik wurde Teil des Körpers.
Greatbatch-SchrittmachermitepimyokardialenElektroden.
Quelle: Prof. Joachim Winter, Düsseldorf
Forschungsgruppen um Wissenschaftler wie Miguel Nicolelis zeigten, dass neuronale Signale direkt aus dem Gehirn ausgelesen und zur Steuerung externer Geräte genutzt werden können – etwa für Cursor, Roboterarme oder Prothesen.
Bedeutung:
Zum ersten Mal wurde eine direkte Schnittstelle zwischen Gehirn und Maschine realisiert. Das veränderte grundlegend, wie über Mensch-Maschine-Interaktion gedacht wird.
Neue Materialien wie leitfähige Polymere ermöglichten flexible, biokompatible Elektroden. Parallel entstanden Biosensoren, Lab-on-a-Chip-Systeme und implantierbare Messgeräte für den Alltag.
Bedeutung:
Bioelektronik wurde kleiner, weicher und körpernäher – geeignet für Langzeitmessungen und personalisierte Medizin.
Moderne bioelektronische Systeme können heute neuronale Signale nicht nur messen, sondern in Echtzeit auswerten und gezielt stimulieren. Beispiele sind adaptive Hirnimplantate, Vagusnerv-Stimulation oder hochauflösende neuronale Interfaces.
Bedeutung:
Bioelektronik entwickelt sich von passiver Technik zu intelligenten, lernfähigen Systemen, die aktiv in biologische Regelkreise eingreifen.
