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3.5 Zellwachstum auf Substraten 39
geren Zellausbreitung, resultierend in kleineren Zelldurchmessern (s. Abb. 3.23(b)) und
einer reduzierten Zell-Zell-Kommunikation [85] .
Verschiedene Ansätze zur Mikro- und Nanostrukturierung von Oberflächen sind auch bereits
in die Entwicklung neuer Elektroden eingeflossen (s. Kapitel 3.2.2). Arrays aus CNTs
wurden von Wang et al. auf Elektroden aufgebracht und dann mit Neuronen besiedelt.
Dadurch waren wiederholt erfolgreiche Stimulationen der Neuronen möglich [34] . CNTs mit
einer mechanischen Verstärkung aus leitfähigen Polymeren an den Außenwänden wurden
von Nguyen-Vu et al. eingesetzt um Elektroden zu modifizieren. Sie untersuchten die
Kopplung von Nebennierentumorzellen (kurz: PC12) an diese Nanostrukturen. In Abhängigkeit
von der Polymerbeschichtung wurden unterschiedliche Zellmorphologien beobachtet.
Einige Zellen ordneten sich hängend zwischen benachbarten Bündeln aus CNTs an,
während andere Zellen anscheinend sogar von CNTs penetriert wurden [35] . Mit Arrays
aus Si-Nanowires wurde von Kim et al. ebenfalls ein Eindringen in Nierenepithelzellen
(kurz: HEK, human embryonic kidney) und Stammzellen von Mäusen nachgewiesen [86] ,
wie Abb. 3.23(c) zeigt. Für Nanowires mit Durchmessern bis zu 400 nm starben die Zellen
zwar innerhalb eines Tages, allerdings überlebten sie auf Nanodrähten mit nur 30 nm
Durchmesser bis zu einer Woche.
Die Kopplung von Zellen an biokompatible Nanosäulen aus Gold wurde bislang noch
nicht untersucht. Gerade für bioelektronische Anwendungen ist die Vitalität elektroaktiver
Zellen auf leitenden Gold-Nanopillars von großer Bedeutung. Die Vitalität und Adhäsion
verschiedener elektroaktiver Zelltypen auf Gold-Nanopillars wird daher in Kapitel 5.3
untersucht.
3.5.3 Das Hodgkin-Huxley Modell zur Simulation von Neuronen
Ein erstes Modell zur Simulation von Neuronen wurde im Jahr 1952 von Hodgkin und
Huxley vorgestellt. In diesem Modell wurden die spannungsabhängigen Membranwiderstände
für die Ionenströme innerhalb einer Membran durch regelbare Widerstände darge-
stellt, wie Abb. 3.24 zeigt. Für die Widerstände gilt: RNa = 1
gNa , RK = 1
gK und Rl = 1
gl ,
wobei gNa, gK und gl die Leitfähigkeiten der jeweiligen Ionenkanäle sind. RNa und RK
sind abhängig von Zeit und Membranpotenzial, während Rl konstant bleibt.