Nano-elektrode arrays voor intracellulaire metingen van de elektrische activiteit van individuele cellen in een netwerk.

Een van de meest opwindende wetenschappelijke ontwikkelingen van de eenentwintigste eeuw zal ongetwijfeld de verdere convergentie zijn van de levenswetenschappen met informatietechnologie. Een belangrijk voorbeeld is het registreren en stimuleren van hart- en hersencellen met behulp van micro-elektroden, wat momenteel gebruikt wordt voor een breed scala aan in vivo en in vitro toepassingen zoals diepe hersenstimulatie, brain-computer interfaces, pacemakers, en het screenen van geneesmiddelen en veiligheidsfarmacologie. Om hoge signaal-ruisverhoudingen te verkrijgen wordt veel onderzoek gedaan naar het verbeteren van de interface tussen de cel en elektrode.
Hoewel er een groeiende behoefte is aan zachte en driedimension- ale interfacing, zijn traditionele elektroden voor micro-elektrode arrays (MEA’s) nog meestal vlakke en rigide structuren. Dit komt door de inherente tweedimensionaliteit van lithografische processen die de schaalbare fabricage van complexe en multifunctionele oppervlakte-architecturen op sub-millimeterschaal notoir moeilijk en/of duur maken. Met behulp van de vooruitgang in de nieuwste micro- en nanofabricatietechnieken verkentt dit proefschrift twee nieuwe types elektroden die meer complexe cel-elektrode interfacing en hogere signaalamplitudes mogelijk maken. Ondanks de extra complexiteit werd alle fabricage uitgevoerd met conventionele en kosteneffectieve cleanroomtechnologie.
De eerste nieuwe MEA voor celinterfacing is gebaseerd op capillaire aggregatie van koolstofnanobuizen (CNT’s). Voor het eerst wordt aangetoond dat voor het meten van de activiteit van elektrogene cellen, 3D ringvormige CNT-elektroden meerdere voordelen bieden in vergelijking met vlakke of andere microgestructureerde CNT-elektroden. Gemiddelde piekamplitudes zijn twee keer zo groot, met incidentele uitschieters tot 425% beter dan de referentie. Het tweede type platform wordt onderzocht is een unieke multi-elektrode chip met zelfvouwende elektroden die zich rond de cel kunnen sluiten. De aanpak maakt gebruik van residuele stressgebaseerde zelfvouwing: het oplossen van een sacrificiele laag zorgt voor de zelfactuatie van flexibele panelen met ingebedde elektroden, en bijgevolg het grijpen van de cel als gevolg van intrinsieke differentiële stress in een ultradunne dubbellaag. Het algemene ontwerp van deze multi-elektrode interfaces maakt gelijktijdige opnames mogelijk van elke gevouwen elektrode die zich op elk van de vier kardinale punten bevindt, en aldus de registratie van 3D spatiotemporele, elektrische signaturen van de ingesloten cellen.