Nanostrukturierte Metallelektroden zur funktionalen Kopplung an neuronale Zellen

In der modernen biomedizinischen Forschung steigt stetig die Nachfrage nach neuartigen Biosensoren, die die Schnittstelle zwischen physikalischen und biologischen Systemen bilden. Solche bioelektronischen Systeme werden z.B. zur Ableitung extrazellulärer Signale von elektrisch aktiven Zellen oder zur Detektion von DNA eingesetzt. In zunehmendem Maße finden sie auch Verwendung als Neuroimplantate oder Testsysteme für neue pharmazeutische Wirkstoffe. Zur Ableitung extrazellulärer Signale wurden bislang planare Mikroelektroden aus verschiedenen biokompatiblen Metallen verwendet, die seit den 70er Jahren in der Bioelektronik etabliert sind. Um die Qualität der abgeleiteten Signale zu verbessern, wurde das Elektrodendesign stetig weiterentwickelt. Maßgebend für die Signalqualität ist das Signal- Rausch-Verhältnis (SRV), das durch die Schnittstelle zwischen Zelle und Elektrode bestimmt wird. Die Vergrößerung der effektiven Elektrodenoberfläche mit unterschiedlichen porösen Materialien hat bereits zu einer Erhöhung des SRVs geführt. Allerdings zeigten bisherige poröse Elektroden Probleme in der mechanischen Stabilität und der Adhäsion von Zellen und Gewebe. Überdies ist die Herstellung aufwändig und eine Wiederverwendung der Elektroden nur eingeschränkt möglich. Einen neuen, vielversprechenden Lösungsansatz zur Verbesserung der Signalableitung stellt die Modifikation von Mikroelektroden-Arrays (MEAs) mit dreidimensionalen metallischen Nanostrukturen dar. Die Entwicklung und Charakterisierung dieser nanostrukturierten Biochips sowie deren Kopplung an elektrisch aktive Zellen bildeten den Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit. Als Material für die Nanostrukturen wurde Gold gewählt, da es aufgrund seiner chemischen und mechanischen Beständigkeit sowie seiner Biokompatiblität für bioelektronische Anwendungen prädestiniert ist. Außerdem besteht über Thiolbindungen die Möglichkeit verschiedener Oberflächenmodifikationen zur gezielten Beeinflussung des Zellwachstums. [...