Bioelectronics
Nanoelektroden kommunizieren mit Körperzellen
Wissenschaftler aus Jülich haben die optimale Form für Nanoelektroden entwickelt, mit der sie elektrische Impulse besonders gut an Körperzellen weiterleiten können.
Die Kopplung anorganischer Halbleiterelektronik mit Körperzellen gehört zu den großen Herausforderungen experimenteller Medizin. Ob Biosensor oder Biochip: Elektroden künstlicher Implantate müssen perfekt mit Zellen verbunden sein, damit elektronische Impulse wie gewünscht in Zellen verarbeitet werden. Das Anwendungsspektrum reicht von Neuroprothesen, die eines Tages defekte Organe ersetzen könnten, bis hin zu hochpräzisen Sensorchips für In-Vitro-Experimente. Letztere ermöglichen es zunehmend, mithilfe einzelner Zellen, die sich auf dem Chip ansiedeln, preisgünstig, schnell und ethisch verträglich die Wirkung von Medikamenten zu überprüfen oder Prozesse zu untersuchen, die als Ursache für Hirnerkrankungen infrage kommen.
»Für eine Vielzahl von Anwendungen ist es wichtig, dass die Zelle sehr nah an der Elektrode anliegt. Schon der Abstand von einem zehntausendstel Millimeter reicht aus, und man kann nichts mehr messen«, sagt Professor Andreas Offenhäusser, Direktor des Jülicher Peter Grünberg Instituts, Bereich Bioelectronics.
Zellen besitzen die Fähigkeit, Fremdkörper zu umhüllen, um sie sich anschließend einzuverleiben. Der Prozess ermöglicht es der Zelle, Boten- und Nährstoffe aufzunehmen. »Bei der Entwicklung von nanostrukturierten 3D-Oberflächen für bioelektronische Schnittstellen nutzen wir dieses Verhalten aus, um die Verbindung zwischen der Zellmembran und der Elektronik zu verbessern«, erklärt Prof. Andreas Offenhäusser.
Auf Zellen wirken 3D-Nanoelektroden wie ein Köder, den sie schlucken. Unklar war bisher, welchen Köder sie besonders gut annehmen. Weltweit forschen Institute hier mit verschiedenen Ansätzen. Die Jülicher haben mithilfe eines theoretischen Modells errechnet, dass ein möglichst langer dünner Stiel mit breiter Kappe die optimale Form für eine Nanoelektrode darstellt. Unter dem Fokussierten Ionenstrahl- und Rasterelektronenmikroskop konnten die Forscher die Bedeutung des richtigen Elektrodendesigns für den Zellkontakt jetzt nachweisen.
Lesen Sie mehr zum Thema
