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6.3 Signalableitung mit nanostrukturierten Gold-MEAs 143
Material Signalrauschen [μV ] Kapazität [ μF
cm 2 ] Elektrodenoberfläche [cm 2 ]
ITO 1,9 - 2,5 3 1, 6 · 10 −5
Platin 1,3 - 1,6 6(21) 1, 6 · 10 −5
Platin black 0,3 - 0,6 7(80) 1, 6 · 10 −5
Ti3N4 1,4 - 3,5 70 0, 71 · 10 −5
Tabelle 6.1: Kennwerte verschiedener Elektrodentypen, abgelesen bei 1 kHz [2, 7] . Die
Kapazitäten für Platin und Platin Black in Klammern wurden aus [102]
entnommen und beziehen sich auf Elektroden vom Durchmesser 40 μm.
Für das Signalrauschen zeigen diese vier Elektrodenmaterialien Werte zwischen 0,3 und
maximal 3, 5 μV. Mit den Rauschstärken dieser größtenteils porösen Elektrodenmaterialien
lassen sich biologische Signale detektieren, deren Amplitude zwischen 0,1 und 1mV
liegt [7] . Bisherige planare Metallelektroden ermöglichten dagegen nur die Ableitung von
Signalen im Bereich von 0,01 bis 0, 1mV und führten überdies zu einem hohen Signalverlust
aufgrund von Rauschen [30] . Über die hier untersuchten nanostrukturierten MEAs
kann bislang keine Aussage über das Rauschen getroffen werden, zumal diese Größe auch
von den verwendeten Verstärkersystemen abhängt. Es sollte allerdings in weiterführenden
Experimenten darauf geachtet werden, dass das Rauschen im Bereich der Werte aus Tabelle
6.1 liegt. Mit den nanostrukturierten Gold-MEAs war es schließlich möglich, maximale
Aktionspotenziale von 1, 2mV zu messen. Im Vergleich zu den niedrigen Signalamplituden
von etablierten planaren Elektroden konnten mit Nanopillar-MEAs bereits deutliche
Verbesserungen der Signalqualität erzielt werden. Zudem liegen diese Signalamplituden
auch schon im Bereich poröser Materialien. Sicherlich können die maximal ableitbaren
Aktionspotenziale in Zukunft durch gezielte Anpassung der Pillargeometrie noch weiter
erhöht werden.
Die Elektrodenoberfläche der verschiedenen Materialien aus Tab. 6.1 betrug zwischen
0,71 · 10 -5 und 1, 6 · 10 −5 cm 2 . Betrachtet man im Vergleich dazu eine einzelne 20 μm
große planare Gold-Mikroelektrode, so ergibt sich für diese Elektrode eine Oberfläche von
3, 14 · 10 −6 cm 2 . Durch die Modifikation mit ca. 180 nm hohen Gold-Nanopillars, wie sie
in Kapitel 5.1 mittels REM geometrisch untersucht wurden, kann die spezifische Oberfläche
dieser Mikroelektrode ca. um den Faktor 10 auf 3, 14 · 10 −5 cm 2 erhöht werden.
Damit liefern diese Nanopillars bereits Elektrodenoberflächen, die größer sind als die Flächen
bisheriger Materialien. Die Nanopillars, mit denen die MEAs in den hier gezeigten
Ableitungs-Experimenten modifiziert wurden, waren sogar 300 bis 400 nm hoch und hatten
einen Durchmesser von ca. 60 nm (s. Kapitel 5.3). Dementsprechend war die Elek-