Chemie Diplomarbeit / Fakultät für Chemie und Pharmazie ...

Modifikation und Charakterisierung von Mikroelektrodenstrukturen zur Optimierung der kapazitiven Kommunikation mit Nervenfasern
durch die Elektrode, so ist das I/U-Verhalten, insbesondere die Überspannung η abhängig von
seiner Größe in Relation zur Austauschstromdichte J 0 . Ist der applizierte Strom kleiner als J 0 ,
dann wird das an der Elektrode herrschende elektrochemische Gleichgewicht nicht merklich
verschoben. Der resistive Anteil der Grenzfläche verhält sich dann in erster Näherung linear.
Übersteigt die Spannung einen Grenzwert, zeigt dieser Anteil exponentielles Verhalten.
Werden Edelmetalle (Gold, Platin, Iridium) als Ableitungs- oder Stimulationselektroden
eingesetzt, so herrschen Redoxprozesse vor, in denen das Metall Elektronen abgibt oder
aufnimmt, selbst aber nicht direkt an Lösungs- oder Abscheidungsprozessen teilnimmt. Für
die Signalaufnahme, bei der sich die Elektroden/Elektrolyt-Grenzfläche wegen der geringen
Spannungen wie ein Kondensator verhält, trifft diese Annahme zu. Für die
Neuronenstimulation ist sie ein Anliegen, damit sich bei steigenden Spannungen in
irreversiblen Redoxprozessen keine toxischen Nebenprodukte bilden, die das Zellsystem
vergiften könnten (z.B.: Pt + 4Cl [PtCl 4 ] 2- + 2e ; aber auch 2H 2 O + 2e - H 2 + 2OH ;
2Cl Cl 2 + 2e ). Um die Bildung solcher Produkte zu minimieren (falls sie sich nicht
gänzlich ausschließen lassen) läßt sich mit ladungsausgeglichenen biphasischen Strompulsen
(LILLY-Pulse nach J. C. LILLY) 34 arbeiten, deren Erzeugung allerdings eine höhere
Anforderung an den elektronischen Stimulationsschaltkreis stellt.
anodisch
Abbildung 13: LILLY-Pulse: Illustration der
anodischen und kathodischen,
ladungsausgeglichenen biphasischen Strompulse,
wie sie häufig für die Neurostimulation eingesetzt
werden.
kathodisch
Quantitativ wird die „Inertheit“ eines Materials gegenüber möglichen Redoxprozessen über
das sog. reversible Ladungsübertragungslimit (reversible charge injection limit oder auch save
charge injection limit) beschrieben [mC/cm 2 ] (es muß von dem im Englischen ebenfalls
häufig verwendeten Begriff des Ladungsabgabevermögens, der charge delivery capacity,
unterschieden werden, das lediglich die theoretisch maximal mögliche Ladungsakkumulation
auf einer Elektrodenoberfläche beschreibt und durch Integration über die Fläche unter der
Strom/Spannungkurve im Zyklovoltammogramm bestimmt werden kann. Es wird zwar in der
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