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6 Kapitel 2: Einleitung
Abbildung 2.1: Schematische Darstellung eines Neurons auf einer planaren Elektrode
denimpedanz, was zu einer Senkung des Signalrauschens führt. Überdies könnte es durch
Nanostrukturen möglich sein den Abstand zwischen Zelle und Elektrode zu verringern
und so ein geringeres Elektrodenpotenzial bei Zellstimulation zu erzielen. Außerdem wird
vermutet, dass die Verwendung von metallischen Nanostrukturen die Adhäsionsmechanismen
der Zellen auf den MEAs positiv beeinflusst. Beides könnte in einer verbesserten
Übertragung der Signale sowohl bei der Ableitung als auch bei der Stimulation resultieren.
Im Vergleich zu bisher verwendeten porösen Elektrodenmaterialien wie Platin Black
oder Ti3N4 weisen metallische Nanostrukturen auch eine höhere Langzeitstabilität auf,
so dass die Messungen nicht durch strukturelle Defizite beeinträchtigt werden. In einer
Weiterentwicklung von Nanopillars zu Nano-Tips könnte sogar versucht werden, in die
Zellmembran einzudringen und so intrazelluläre Messungen zu ermöglichen.
In dieser Dissertation wurden neuartige Sensorchips entwickelt und mit elektroaktiven
Zellen zur extrazellulären Signalableitung eingesetzt. Ein Schwerpunkt lag dabei auf der
Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung von neuronalen elektronischen biohybriden
Systeme. Die Basis für diese Systeme bildeten 3D-nanostrukturierte Goldelektroden-
Arrays. Diese 3D-nanostrukturierten MEA-Biochips wurden mit Hilfe von nanoporösen
Aluminiumoxid-Membranen und Mikrofabrikationstechniken hergestellt. Durch die 3D-
Nanostrukturierung und zusätzliche Methoden der Oberflächenmodifikation wurden die
elektrochemischen Eigenschaften von MEAs sowie deren Kopplung an neuronale Zellen
verbessert. Insbesondere stand hierbei im Vordergrund, wie die Nanostrukturen das
Wachstum und die Adhäsion verschiedener elektroaktiver Zellen beeinflussen und welche
Charakteristika die Nanostrukturen in elektrochemischen Studien zeigten. Die Modifikation
von MEAs mit Gold-Nanopillars ermöglichte dann eine optimierte Analyse der
räumlich-zeitlichen Dynamik in rekonstruierten neuronalen Netzwerken. In zukünftigen
Studien sind mit diesen nanostrukturierten MEAs z.B. Untersuchungen der pharmakologisch
induzierten Kurz- und Langzeit-Plastizität sowie Pharmanachweise möglich.