View - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

2 Kapitel 1: Zusammenfassung
Zunächst wurden mittels nanoporöser Aluminiumoxid-Membranen und elektrochemischer
Deposition großflächige Arrays aus Gold-Nanopillars hergestellt. Durch Rasterelektronenmikroskopie
(REM) wurden Zusammenhänge zwischen der Nanostruktur-Geometrie und
den Parametern des Herstellungsprozesses gefunden. Die resultierenden Nanopillars waren
300 bis 400 nm hoch und hatten einen mittleren Durchmesser von ca. 60 nm. Es folgten
elektrochemische Untersuchungen der Nanopillar-Arrays mittels Impedanzspektroskopie
und Zyklovoltametrie. Diese Studien belegten, dass die effektive Oberfläche aufgrund der
Nanostrukturen deutlich erhöht war. Durch die Oberflächenvergrößerung konnte die Impedanz
gegenüber planaren Goldflächen erheblich gesenkt werden. Demnach war die Kapazität
der Nanopillars im Vergleich zu planarem Gold sogar um eine Größenordnung
erhöht.
Nach der geometrischen und elektrochemischen Charakterisierung der Gold-Nanopillar-
Arrays wurde die Vitalität und Adhäsion verschiedener elektroaktiver Zellen auf diesen
Flächen studiert, um ihre Eignung als bioelektronische Schnittstelle zu evaluieren. Zur
Optimierung des Zellwachstums wurden die Nanostrukturen in Abhängigkeit vom Zelltyp
mit verschiedenen Oberflächenmodifikationen, wie z.B. Proteinen oder Self-Assembled
Monolayers versehen. Die Überlebensrate der verschiedenen Zelltypen wurde mittels Fluoreszenzmikroskopie
analysiert. Herzmuskelzellen (HL1) und Nierenepithelzellen (HEK)
zeigten eine gute Adhäsion sowie eine hohe Überlebensrate auf den Gold-Nanopillar-
Oberflächen, die vergleichbar zur Entwicklung dieser Zelllinien auf planarem Gold waren.
Für primäre Rattenneuronen (RCN) wurden allerdings eine unerwartet niedrige Zellvitalität
und schwache Adhäsion auf den Nanostrukturen beobachtet, die sich stark vom Zellwachstum
auf planaren Goldsubstraten unterschieden. Weiterführende Untersuchungen
der Schnittstelle zwischen Zelle und Nanopillar-Arrays durch einen fokussierten Ionenstrahl
zeigten eine dichte Kopplung von HL1- und HEK-Zellen an die Nanostrukturen.
Für RCN auf Nanopillars wurde zwar eine starke Adhäsion der Neuriten beobachtet,
allerdings waren die Abstände zwischen Zellkörper und Pillars auffallend hoch. Zudem
ergaben Untersuchungen der Aktinfilamente mittels Fluoreszenzfärbung starke Veränderungen
der neuronalen Wachstumskegel, die für die schwache Adhäsion von RCN mitverantwortlich
sein können. Damit wurde nachgewiesen, dass HL1- und HEK-Zellen dicht an
Gold-Nanostrukturen koppeln. Die Adhäsion von RCN auf den Nanopillars war dagegen
stark eingeschränkt und hing zudem von der jeweiligen Zellregion ab, die in Kontakt mit
den Pillars war.
Im letzten Versuchsteil erfolgte der Schritt von großflächigen Gold-Nanopillar-Arrays hin
zu nanostrukturierten MEAs. Zur Fabrikation dieser neuartigen Biochips wurden Mikro-