Bioelektronik: Studie stellt neues Design von Nano-Elektroden vor
Jülich, 23. Mai 2022 – Eine der größten Herausforderungen in den modernen Neurowissenschaften und für die Entwicklung neuromorpher Chips ist es, die Informationsverarbeitung in Nervennetzwerken mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung und großer Signalqualität zu untersuchen. Dabei ist es besonders interessant, neben den Aktionspotenzialen der Nervenzellen auch die synaptische Signalübertragung zwischen Nervenzellen aufzeichnen zu können, die durch unterschwellige Signale des postsynaptischen Potenzials (PSP) gekennzeichnet sind. Einem Team von Wissenschaftler:innen des Instituts für Bioelektronik des Forschungszentrums Jülich gelang es jetzt, eine neue Art von Nano-Elektroden zu entwickeln, die einen erheblichen Fortschritt auf dem Weg zu diesem Ziel darstellen. Die Studie ist jetzt in der Fachzeitschrift "Small" erschienen.
Bewährte Methoden zur Untersuchung neuronaler Signale wie z.B. die Patch-Clamp- Technik zeichnen sich zwar durch eine hohe Empfindlichkeit aus. Sie eignen sich wegen ihrer Invasivität und technischen Einschränkungen jedoch nicht für Langzeit- und Multiparallelaufnahmen. Planare Mikroelektroden-Arrays (MEAs) liefern Signale mit geringer Amplitude, die schwer zuzuordnen sind. Die unaufgelösten unterschwelligen Signale führen zu einem Verlust wertvoller Informationen.
Die neue Art von Elektroden besteht aus einer Kombination aus Nanoröhren (NS), die in Nanocavity-Mikroelektrodenarrays (NC-MEA) eingebettet sind. Die Röhren sorgen für eine enge Kopplung zwischen Zelle und Elektrode, während die Nanokavität die Elektrodenimpedanz reduziert. Diese hohe Amplitudensensitivität hielt über mehrere Wochen in der untersuchten Nervenzellkultur an. Damit präsentieren sich die neuen NS-NC-MEAs als nicht-invasive Plattform, die sich besonders für neurophysiologische Langzeitexperimente eignet. Die neuartigen Nanoelektroden lassen sich durch Standardverfahren reproduzieren.
Originalpublikation:
Pegah Shokoohimehr, Bogdana Cepkenovic, Frano Milos, Justus Bednár, Hossein Hassani, Vanessa Maybeck, and Andreas Offenhäusser, High-Aspect-Ratio Nanoelectrodes Enable Long-Term Recordings of Neuronal Signals with Subthreshold Resolution, Small 2022, 2200053;
DOI: 10.1002/smll.202200053
Institute of Biological Information Processing, Bioelectronics (IBI-3)
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