Computing
Nieuwe technologieën maken neurale implantaten biocompatibel en duurzamer
Voeg Securities.io toe aan je voorkeursbronnen op Google
Adapting Electronics To Our Brain
In de loop der tijd zijn elektronische apparaten geleidelijk kleiner en alomtegenwoordiger geworden in ons leven, van de vroege mainframe‑computer die een hele kamer innam tot de hedendaagse smartphones en diverse slimme apparaten.
De interface voor het bedienen van deze apparaten is ook geëvolueerd van ponskaarten naar touchscreens of zelfs spraakopdrachten.
Dit laat nog een stap over voor betere controle en interface tussen ons en onze computer: direct besturen met ons brein.
Dergelijke neurale implantaten waren lange tijd een concept beperkt tot science‑fiction. Maar ze worden al snel een realiteit. Het is waarschijnlijk dat de eerste toepassingen medisch zullen zijn, voor het monitoren of helpen bij ziekten die de hersenen aantasten. Op de lange termijn kan de vooruitgang in het monitoren van onze hersenactiviteit direct omgezet worden in een volledige integratie van onze gedachten in de besturing van onze computer.
En misschien nog later, een naadloze integratie van beide, met de even opwindende als angstaanjagende mogelijkheid om data direct in ons brein te “downloaden”, zoals in de Matrix‑films.
Soft Brain Implant
Een van de moeilijkheden bij het implanteren van kunstmatige voorwerpen in het lichaam is dat ze het omliggende weefsel niet beschadigen. Voor sommige medische implantaten, zoals botimplantaten, kunnen biocompatibele metalen zoals titanium worden gebruikt. Maar voor zachtere weefsels zoals de hersenen zijn flexibele zachte implantaten een must, iets dat nauwelijks compatibel is met traditionele elektronica.
Bovendien kunnen traditionele elektronica zelf beschadigd worden door de lichaamsvloeistoffen en ionen.
Dus, als zowel de elektronische componenten als de organen waarmee ze in contact staan van elkaar beschermd moeten worden, is waarschijnlijk een alternatieve strategie nodig.
“Geavanceerde elektronica wordt al enkele decennia ontwikkeld, dus er is een grote verzameling beschikbare schakelingontwerpen.
Het probleem is dat de meeste van deze transistor‑ en versterkertechnologieën niet compatibel zijn met onze fysiologie.
Dion Khodagholy, professor in de afdeling Elektrotechniek en Computerwetenschappen van UC Irvine.
Daarom onderzoeken onderzoekers aan de University of California, Columbia University zachte organische elektrochemische transistors voor een mogelijk hersenimplantaatontwerp. Ze publiceerden hun resultaten in Nature Communications, onder de titel “Ruimtelijke regeling van dotering in geleidende polymeren maakt complementaire, vormaanpassende en implanteerbare organische elektrochemische transistors met interne ionische poort mogelijk”1.
Polymer Electronics
Om de harde siliciumtransistor te vervangen, gebruikten ze op polymeren gebaseerde elektronica. En ze gingen een stap verder dan eerdere pogingen om bio‑elektronica te maken.
In eerdere iteraties van deze technologie waren de transistors gemaakt van verschillende materialen. Dit maakte ze te omvangrijk en vergrootte het risico op toxiciteit, een probleem dat vooral acuut is bij interacties met gevoelige organen zoals de hersenen.
In plaats daarvan slaagden ze erin een enkel, biocompatibel materiaal te gebruiken, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyreen sulfonaat (PEDOT:PSS).
“Door apparaten met asymmetrische contacten te ontwerpen, kunnen we de dopingslocatie in het kanaal beheersen en de focus verleggen van negatieve naar positieve potentiaal. Deze ontwerpbenadering stelt ons in staat een complementair apparaat te maken met één enkel materiaal.”
Het gebruik van één enkel polymeermateriaal vereenvoudigde bovendien het fabricageproces, waardoor het waarschijnlijker een commercieel levensvatbaar ontwerp is, geschikt voor massaproductie.
Bron: Nature
Ten slotte maakt de extreme flexibiliteit van het apparaat het mogelijk om met het lichaam mee te bewegen en toch te blijven passen bij organische structuren naarmate ze groeien. Dit kan een enorm verschil maken voor pediatrische toepassingen, omdat kinderen het implantaat in de loop van de tijd moeten laten aanpassen.
Ions Instead Of Electrons
Een ander voordeel van deze benadering is dat de elektronica signalen gebruikt van ionen uit het lichaam, in plaats van elektrische stroom. Dit is belangrijk omdat ionenflux de manier is waarop onze cellen signaalinformatie overbrengen, zelfs bij neuronen waar de elektrische ontlading bij synapsen het gevolg is van een verandering in ionenconcentratie.
“Voor onze innovatie hebben we organische polymeermaterialen gebruikt die biologisch gezien van nature dichter bij ons staan, en we hebben het zo ontworpen dat het met ionen interageert, omdat de taal van het brein en het lichaam ionisch is, niet elektronisch.”
De implantaten konden de activiteit van individuele neuronen detecteren, een onmisbare eigenschap voor elke toekomstige neurale implantatietechnologie.
De stabiliteit en betrouwbaarheid van de implantaten werden getest op levende en vrij bewegende knaagdieren. Het lichte gewicht van de implantaten kan een revolutie betekenen voor de studie van de hersenen van jonge muizen, aangezien zij te klein zijn om gemeten te worden met de traditionele zwaardere en grotere implantaten.
Bron: Nature
More Durable Implants
Hoewel flexibele en precieze elektronica en sensoren noodzakelijk zullen zijn voor elk neuraal implantaat, is duurzaamheid een ander probleem.
Aangezien we de schedel nauwelijks regelmatig willen heropenen om het implantaat te vervangen, moet elke gebruikte elektronica ultraduurzaam en betrouwbaar zijn.
Het is ook waarschijnlijk dat implantaten nog steeds een vorm van silicium‑elektronica nodig hebben voor het uitvoeren van berekeningen, zelfs als deze onderdelen niet direct met de hersenen interageren. Het maken van silicium‑elektronica die de hersenomgeving kan overleven, is daarom eveneens een noodzakelijke stap.
“Geminimaliseerde neurale implantaten hebben enorm potentieel om de gezondheidszorg te transformeren, maar hun langetermijnstabiliteit in het lichaam is een grote zorg.”
Dr. Vasiliki (Vasso) Giagka, universitair hoofddocent aan de Technische Universiteit Delft
Onderzoekers van de Technische Universiteit Delft (Nederland), University College London, Imperial College London en HUN-REN (Hongarije) hebben aan dit onderwerp gewerkt. Ze publiceerden hun ontdekking in Nature Communications onder de titel “On the longevity and inherent hermeticity of silicon-ICs: evaluation of bare-die and PDMS-coated ICs after accelerated aging and implantation studies”2.
Protecting Chips From The Brain
De onderzoekers begonnen met het bestuderen van het degradatieproces van op silicium gebaseerde elektronica wanneer deze in hersenen worden geïmplanteerd. De tests werden zowel in‑vivo als in gesimuleerde in‑vivo omstandigheden in laboratoria uitgevoerd.
Ze testten chips van twee verschillende fabrikanten, elk met een ander productieproces, waardoor de resultaten gemakkelijker kunnen worden uitgebreid naar elk silicium‑elektronisch ontwerp.
Bron: Nature
Transistors, de rekencomponenten van chips, worden beschermd door een dunne laag van siliciumoxide en siliciumnitride van ongeveer 200–300 µm dik. De stabiliteit van deze beschermlaag bepaalt grotendeels de duurzaamheid van de chip wanneer deze geïmplanteerd is.
Bron: Nature
Vervolgens onderzochten de onderzoekers het gebruik van polydimethylsiloxaan (PDMS, siliconenrubber) als een zachte maar vochtdoorlatende coating om de levensduur van implanteerbare elektronica te verlengen. Delen van de chips werden gecoat met PDMS, de rest bleef blootgesteld, om het verschil in degradatie te observeren.
Bron: Nature
Radical Improvement In Durability
Wanneer blootgesteld aan een schadelijke omgeving, zowel in een laboratorium als in ratten, bood de PDMS‑laag een zeer duurzame bescherming voor het siliciumsubstraat. Daarentegen trad er een snelle erosie van de siliciumoxide en nitride op binnen enkele maanden, met volledig verlies van de beschermlaag na 10 maanden.
Bron: Nature
“Onze bevindingen tonen aan dat blote siliciumchips, wanneer zorgvuldig ontworpen, maandenlang betrouwbaar in het lichaam kunnen functioneren.
We waren allemaal verbaasd. Ik had niet verwacht dat microchips zo stabiel zouden zijn wanneer ze ondergedompeld en elektrisch gepolariseerd werden in heet zout water.
Het moet ook worden opgemerkt dat “Chip A” veel sneller erodeerde dan “Chip B”, dus het ontwerp van een siliciumchip kan de duurzaamheid in neurale implantaattoepassingen sterk beïnvloeden.
Een iets hoger waterstof (H) gehalte in Chip A zou dit verschil kunnen verklaren, evenals mogelijk de morfologie (atomische rangschikkingen) die een rol speelt in de chemische stabiliteit bij blootstelling aan vochtige omgevingen.
Applications
De combinatie van siliciumchips die lange periodes in de hersenen kunnen overleven, en flexibele polymeer‑elektronica die de activiteit van individuele neuronen kan detecteren, opent de weg naar nieuwe concepten.
Dit komt doordat de combinatie van beide nieuwe eigenschappen de implantaten veel minder invasief kan maken, en voldoende duurzaam is om een semi‑permanente onderdeel van onze hersenen te worden.
“Door de levensduur van neurale implantaten te verlengen, opent onze studie wegen naar duurzamere en effectievere technologieën voor hersen‑computerinterfaces en medische therapieën.”
Neurological Diseases
De eerste toepassingen van neurale implantaten zullen in biomedisch onderzoek liggen. Dit omvat een betere meting van hersenactiviteit in diermodellen (met name ratten).
Op de langere termijn zou dit vruchten moeten afwerpen in nieuwe soorten behandelingen voor allerlei neurologische aandoeningen, waaronder Alzheimer, Parkinson, amyotrofische laterale sclerose (ALS), enz.
Het zou ook nuttig kunnen zijn voor de behandeling van psychiatrische aandoeningen zoals klinische depressie, of zelfs bipolaire stoornis en schizofrenie.
Dit volgt op het eerste succes van neurale implantaten door het door Elon Musk gesteunde bedrijf Neuralink, gericht op de verbetering van falende hersen‑spierinterface.
True Neural Implants
Het direct vertalen van hersenactiviteit naar invoer die door machines kan worden gelezen, kan een bijna onbeperkt potentieel hebben, vooral met de parallelle groei van AI‑technologie.
In eerste instantie kan het mensen met ernstige motorische beperkingen helpen, met vele voorbeelden van potentiële gebruikstoepassingen:
- Herstel spraak bij verlamde personen of beroertepatiënten.
- Verbeter de mobiliteit van beroertepatiënten of patiënten met cerebrale parese, spierdystrofie, enz.
- Geef de mogelijkheid om een computermuis of op afstand bestuurde gereedschappen te gebruiken, wat gehandicapten kan helpen dagelijkse taken zelfstandig uit te voeren en hun autonomie te verbeteren.
Op de langere termijn zou dit soort implantaat stevig de wereld van science‑fiction betreden:
- Exoskelet dat reageert op gedachten op dezelfde manier als onze spieren, waardoor normale kracht wordt vermenigvuldigd.
- Volledige afstandsbediening van robotlichamen buiten onze werkelijke locatie, met duidelijke toepassingen in gevaarlijke industrieën of het leger.
- Directe communicatie met computers voor zowel werkgerelateerde taken als entertainment (bijvoorbeeld videogames of VR‑films).
- Data terugsturen naar het brein, van het verbeteren van taalverwerving (of misschien AI‑ondersteunde realtime vertaling) tot het direct ontvangen van gegevens in ons brein.
Natuurlijk, hoe dichter elektronica en computers met onze hersenen interfacing, hoe meer beveiligingsmaatregelen versterkt moeten worden. Terwijl we al bezorgd zijn over hackrisico’s op onze computers en telefoons, zou een kwaadwillige aanval op neurale implantaten exponentieel meer schade veroorzaken.
Investing In Neural & Medical Implants
U kunt investeren in bedrijven die zich bezighouden met implantaten via vele brokers, en u kunt hier, op securities.io, onze aanbevelingen vinden voor de beste brokers in de VS, Canada, Australië, het VK, evenals vele andere landen.
Als u niet geïnteresseerd bent in het selecteren van specifieke bedrijven, kunt u ook kijken naar ETF’s zoals de iShares U.S. Medical Devices ETF (IHI) of de SPDR S&P Health Care Equipment ETF (XHE), die een meer gediversifieerde blootstelling bieden om te profiteren van de groeiende wearables‑ en medische‑apparatenindustrie.
U kunt ook ons artikel “Top 6 Medical Devices Stocks” raadplegen.
Electronic Implant Companies
PHG Prijsgrafiek
De eerste toepassing van neurale implantaten zal waarschijnlijk in de medische sector liggen. Dus naast particuliere bedrijven zoals Neuralink en andere die in ons artikel “5 Best Brain-Computer Interfaces (BCI) Companies” worden genoemd, zullen bedrijven die al diep betrokken zijn bij sensoren voor gezondheidszorg‑elektronica waarschijnlijk de eersten zijn die een vorm van neurale implantaten commercialiseren.
Philips is een bekend consumentenmerk voor kleine elektronica (scheerapparaten, elektrische tandenborstels) en even actief in de gezondheidszorg. Bijvoorbeeld, het was in 2022 nummer 1 voor MedTech‑octrooiaanvragen in Europa.
Het is actief in verbonden medische producten, van wearables tot beeldvorming, beademingsapparaten of medische robots. Het bedrijf is ook actief in halfgeleiders (inclusief maglev‑technologie) en high‑tech/robotica/automatisering.
Bron: Philips
Philips biedt wearables voor hart‑, ademhalings‑ en activiteitsmetingen. De sensoren kunnen worden geïntegreerd in smartwatches, gezondheidsmonitoren, medische pleisters en activiteitstrackers.
Wanneer neurale implantaten een bewezen technologie worden, kunnen we verwachten dat Philips’ expertise in biocompatibele sensoren het tot een leider in de sector maakt.
Wat medische apparaten betreft, geeft Philips de voorkeur aan een partnerschapsoplossing, waarbij het voor derden “hun” verbonden IoT‑medische apparaten ontwikkelt die volledig compatibel zijn met de rest van Philips‑oplossingen. In die context biedt het zijn klanten prototyping, regelgevingsadvies, end‑to‑end productontwikkeling en productie op industriële schaal.
Dit maakt Philips een technologie‑gericht bedrijf en een waarschijnlijke kandidaat om snel innovaties zoals flexibele piezo‑elektrische generatoren in bestaande medische apparaten te integreren.
In 2023 hadden Philips‑apparaten direct invloed op 1,82 miljard mensen.
Het bedrijf wil een volledig geïntegreerde digitale zorgomgeving creëren, waarin sensoren overeenkomen met apparaten, en vervolgens meerdere connectiviteitsoplossingen gebruiken om te integreren in de Philips HealthSuite Cloud‑oplossing en diepgaande data‑analyse mogelijk te maken.
Ook hier zou een directe hersen‑elektronische interface naadloos kunnen integreren in deze bestaande IT‑infrastructuur.
Bron: Philips
Als leverancier in de MedTech‑industrie is Philips niet zo zichtbaar in de sector als andere meer prominente bedrijven. Het is echter een expert in het bouwen van high‑performance elektronische apparaten en sensoren, en duwt vaak de grenzen van wat mogelijk is in zijn niche binnen de gezondheidszorg en wearables.
Naarmate wearables en medische elektronica steeds meer geïntegreerd worden in zorg‑ en medische protocollen, zal het Healthcare‑segment van Philips waarschijnlijk groeien als onderdeel van het concern.
Study Reference:
1. Wisniewski, D.J., Ma, L., Rauhala, O.J.et al. (2025) Ruimtelijke controle van doping in geleidingspolymeren maakt complementaire, conformabele, implanteerbare interne ion‑gated organische elektrochemische transistors mogelijk. Nat Commun 16, 517. https://doi.org/10.1038/s41467-024-55284-w
2. Nanbakhsh, K., Shah Idil, A., Lamont, C.et al. (2025) Over de levensduur en inherente hermeticiteit van silicon‑IC’s: evaluatie van blote die en PDMS‑gecoatete IC’s na versnelde veroudering en implantatie‑studies. Nat Commun 16, 12. https://doi.org/10.1038/s41467-024-55298-4
