Entwicklung und Charakterisierung von Kohlenstoffnanoröhren-Mikroelektroden auf Basis eines CVD-Prozesses

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden Kohlenstoff-Nanoröhren (Carbon Nanotubes, kurz CNTs) zur Nutzung als Mikroelektrode direkt auf Mikroelektroden-Arrays (MEAs) synthetisiert. MEAs dienen der Detektion und Stimulation elektrischer Signale von Zellkulturen. Neben Biokompatibilität und -stabilität gehören u. a. eine geringe Impedanz sowie ein hoher Ladungsübertrag zum Anforderungskatalog der Mikroelektroden. Eine Verbesserung dieser Eigenschaften verspricht man sich von der Nutzung von CNT-Elektroden anstelle von etablierten Titannitrid- (TiN) Elektroden.

Für die Anwendbarkeit des bei bis zu 640 °C ablaufenden CNT-Syntheseverfahrens wurde ein entsprechend hochtemperaturfestes Schichtsystem entwickelt. Die CNT-Elektroden wurden u.a. elektrisch charakterisiert sowie bezüglich ihrer Tauglichkeit zur Detektion elektrischer Signale neuronaler Zellen untersucht. Es zeigte sich, daß CNT-Elektroden hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften jenen der TiN-Elektroden überlegen sind. Ebenso erfolgreich verliefen Versuche mit einer neuronalen Zellkultur: hier konnten Cortex-Neurone für den Zeitraum von 12 Wochen kultiviert und deren Spikeaktivität gemessen werden; ebenso die Ausbildung eines neuronalen Netzwerkes konnte auf dem CNT-MEA beobachtet und somit seine Biokompatibilität und -stabilität gezeigt werden.