View - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

1 Zusammenfassung
In der modernen biomedizinischen Forschung steigt stetig die Nachfrage nach neuartigen
Biosensoren, die die Schnittstelle zwischen physikalischen und biologischen Systemen bilden.
Solche bioelektronischen Systeme werden z.B. zur Ableitung extrazellulärer Signale
von elektrisch aktiven Zellen oder zur Detektion von DNA eingesetzt. In zunehmendem
Maße finden sie auch Verwendung als Neuroimplantate oder Testsysteme für neue pharmazeutische
Wirkstoffe.
Zur Ableitung extrazellulärer Signale wurden bislang planare Mikroelektroden aus verschiedenen
biokompatiblen Metallen verwendet, die seit den 70er Jahren in der Bioelektronik
etabliert sind. Um die Qualität der abgeleiteten Signale zu verbessern, wurde das
Elektrodendesign stetig weiterentwickelt. Maßgebend für die Signalqualität ist das Signal-
Rausch-Verhältnis (SRV), das durch die Schnittstelle zwischen Zelle und Elektrode bestimmt
wird. Die Vergrößerung der effektiven Elektrodenoberfläche mit unterschiedlichen
porösen Materialien hat bereits zu einer Erhöhung des SRVs geführt. Allerdings zeigten
bisherige poröse Elektroden Probleme in der mechanischen Stabilität und der Adhäsion
von Zellen und Gewebe. Überdies ist die Herstellung aufwändig und eine Wiederverwendung
der Elektroden nur eingeschränkt möglich.
Einen neuen, vielversprechenden Lösungsansatz zur Verbesserung der Signalableitung
stellt die Modifikation von Mikroelektroden-Arrays (MEAs) mit dreidimensionalen metallischen
Nanostrukturen dar. Die Entwicklung und Charakterisierung dieser nanostrukturierten
Biochips sowie deren Kopplung an elektrisch aktive Zellen bildeten den Schwerpunkt
der vorliegenden Arbeit. Als Material für die Nanostrukturen wurde Gold gewählt,
da es aufgrund seiner chemischen und mechanischen Beständigkeit sowie seiner Biokompatiblität
für bioelektronische Anwendungen prädestiniert ist. Außerdem besteht über
Thiolbindungen die Möglichkeit verschiedener Oberflächenmodifikationen zur gezielten
Beeinflussung des Zellwachstums.
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