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144 Kapitel 6: Diskussion
trodenoberfläche ca. um den Faktor 16 gegenüber der Grundfläche erhöht und lag damit
ungefähr bei 5 · 10 −5 cm 2 . Mit Modifikationen durch noch längere Nanopillars ließe sich
die Elektrodenfläche in Zukunft deutlich weiter vergrößern.
Die Erhöhung des Aspektverhältnisses der Nanopillars könnte auch dem weit verbreiteten
Problem einer Schicht von toten Zellen auf den Elektroden vorbeugen, die oftmals die
extrazelluläre Signalableitung blockiert [2, 30] . Für den Einsatz höherer Nanostrukturen
fehlte es bei bisherigen porösen und nanostrukturierten Elektroden oft an der notwendigen
mechanischen Stabilität, da sich diese Materialien abgelöst haben und daher nur
eingeschränkt gereinigt werden konnten [7, 27, 30, 31] . Die hier verwendeten Gold-Nanopillars
zeigten dagegen eine ausreichende mechanische Stabilität, wenn sie dicht gewachsen waren.
Allerdings kam es bei weniger dicht bewachsenen Elektroden nach der Zellkultur
zum teilweisen Umknicken der Pillars. Ein Verstopfen der Nanopillars mit Proteinen oder
anderen Beschichtungen, das ebenfalls ein häufiges Problem darstellt [7] , wurde während
der hier gezeigten Signalableitungen nicht beobachtet. Damit erlauben die mechanischen
Eigenschaften der Gold-Nanopillars bei entsprechender Modifikation der Reinigungsprozedur
eine mehrfache Verwendung von nanostrukturierten Gold-MEAs. Insgesamt ist der
mehrschrittige Prozess zur Nanostrukturierung zwar aufwändig, aber auch die Herstellung
anderer poröser Elektrodenmaterialien ist zeitintensiv, so dass sich hieraus kein wesentlicher
Nachteil für eine Modifikation von MEAs mit Gold-Nanopillars ergibt.
Die spezifischen Kapazitäten von MEAs mit ITO, Platin, Platin black und Ti3N4 lagen
laut Heuschkel zwischen 3 und 70 μF
cm 2
[2, 7] . In Gabriels Studie wurden für Elektroden
aus Platin und Platin black spezifische Kapazitäten von 21 μF
cm 2 und 80 μF
cm 2 ermittelt [102] .
Damit liegen für bisher verwendete Elektrodenmaterialien voneinander abweichende Referenzwerte
vor, die sich um eine Größenordnung unterscheiden. Vergleicht man die spezifischen
Kapazitäten dieser Elektrodentypen mit den elektrochemischen Untersuchungen
an großflächigen Gold-Nanopillar-Elektroden in Kapitel 5.2, so lagen an diesen Oberflächen
bereits höhere spezifische Kapazitäten vor. Aus den Impedanzspektren wurden -
bezogen auf die Grundfläche der Elektroden von 0, 35 cm 2 - spezifische Kapazitäten um
125 μF
cm 2 ermittelt. Wenn sich diese Größenordnung der spezifischen Kapazitäten künftig
auf Nanopillar-MEAs übertragen lässt und zudem das Rauschen während der extrazellulären
Signalableitung gesenkt werden kann, bieten MEAs mit Gold-Nanopillars - kombiniert
mit einer dichten Passivierung - in Zukunft eine viel versprechende Alternative gegenüber
bisherigen planaren und porösen Elektrodenmaterialien. Überdies ist mit den biokompatiblen
Gold-Nanostrukturen die Möglichkeit für zahlreiche Oberflächenmodifikationen
durch Thiolbindungen gegeben, die das Zellwachstum positiv beeinflussen können.