Arbeitsgruppe Prof. Ziegler

Nervenzellsensoren, Neurochips

  • Kopplung von Nervenzellen an Elektroden, In-vitro-Ableitung von extrazellulären Signalen, Signalausbreitung
  • Datenverarbeitung mit natürlichen neuronalen Netzwerken
  • Zellsensoren: Untersuchung des Einflusses neuroaktiver Substanzen (Pharmaka, Rauschgifte, Neurotransmitter etc.) auf die Aktivität von Zellnetzwerken, Entwicklung eines praktisch anwendbaren Zellsensorsystems

Methoden:

  • AC-Leitfähigkeits- (Impedanz-) Messungen, Zellkulturen zur Elektrodencharakterisierung: REM, EDX, XPS, SFM, Cyclovoltammetrie

Die Kopplung von Nervenzellen an Elektroden wird für In-vivo- und insbesondere für In-vitro-Anwendungen studiert. In-vivo dienen diese Systeme für Neuroprothesen, in-vitro können beispielsweise Biosensoren oder Zelltoxizitätstests entwickelt werden, aber auch zukünftige Neurochips.
In beiden Fällen kommt der Grenzfläche zwischen Elektrode und Neuron besondere Bedeutung zu. Diese muss einerseits im Hinblick auf die elektrischen Eigenschaften (niedrige Impedanz, hohe Austauschstromdichte), andererseits im Hinblick auf die Zelladhäsion optimiert werden. Hierzu werden Konzepte zur Zellankopplung getestet und optimiert. Weitere Schwerpunkte umfassen die empfindliche Messung kleiner (kapazitiver) Ströme, die Aufnahme großer Datenmengen, deren Reduktion und Verarbeitung.

Das In-vitro-System eignet sich darüberhinaus, die molekulare Erkennung von neuroaktiven Substanzen durch Zellrezeptoren und ihre Auswirkung auf das Signalmuster zu untersuchen. Hierzu wurde ein portables Zellkultur-System für einen praktisch einsetzbaren Sensor entwickelt.

Neuere Projekte zielen auf die Ausnutzung der hochparallelen Datenverarbeitung für eine zukünftige Bioelektronik. Dabei werden die Zellarrays auf CMOS-Chips aufgebracht und zur Bilderkennung ausgenutzt ("Neuro-Chip"). Dabei wird in Kooperation mit anderen europäischen Partnern insbesondere Wert darauf gelegt, ein technologisch umsetzbares und praktisch einsetzbares System zu entwickeln.

Kooperationen

Dr. Axel Blau, Italian Institute of Technology
Prof. Dr. H. Baltes, Institut für Quantenelektronik, ETH Zürich
Prof. Dr. N. De Rooji, Dr. S. Verpoorte, CSEM Univerität Neuchatel
Prof. Dr. V. Torre, Universität Triest
LEISTER Technologies (CH)

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