Biologische Tests mit gemusterten Elektroden

Die Charakterisierung und Prüfung biologischer Proben kann mit Hilfe gemusterter Elektroden erfolgen. Die Gesamtstruktur und Qualität einer Elektrode kann die Probenahmeergebnisse entweder verbessern oder beeinträchtigen. Ein ideales Elektrodendesign sollte ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), eine niedrige Elektrodenimpedanz und Beständigkeit gegenüber rauen biologischen Umgebungen aufweisen. Die Stromerzeugung und der Stromtransport hängen von der Metallbeschichtung auf der Elektrodenoberfläche ab.

Es hat sich gezeigt, dass strukturierte Elektrodendesigns, wie z. B. interdigitale Arrays, Feldeffekttransistoren (FET) und Lab-on-a-Chip, bei biologischen Testanwendungen entscheidende Ergebnisse liefern. Zu den gängigen Anwendungen gehören elektrochemische Analysen, elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS), Messung von Aktionspotenzialen und zyklische Voltammetrie (CV). 

Eine elektrochemische Analyse, das Electrowetting (EW), wird üblicherweise mit Lab-on-a-Chip-Elektroden durchgeführt. EW ist eine reversible Methode zur Kontrolle von Flüssigkeiten auf einer Oberfläche durch Anlegen eines elektrischen Feldes. Das Anlegen eines elektrischen Feldes verändert wiederum den Kontaktwinkel einer Flüssigkeit. Diese Methode erfordert eine hydrophobe Oberfläche mit niedriger Oberflächenenergie und dient als Isolator. Hydrophobe Oberflächen bestehen häufig aus Fluorpolymeren wie Teflon, die ein geringes Absorptionsvermögen haben. Metallkontakte auf einer Elektrode dienen dazu, eine Oberflächenaufladung zu initiieren, die zur Benetzung der Flüssigkeit genutzt wird.  

Die elektrochemische Impedanzspektroskopie ist ein Instrument, mit dem die Polarisation und der Lösungswiderstand sowie die Doppelschichtkapazität gemessen werden können. Wie der Name schon sagt, misst EIS die Impedanz der Grenzfläche zwischen Metall und Lösung. Impedanzmessungen können dann zur Erstellung von Bode-Diagrammen verwendet werden, mit denen sich feststellen lässt, wie Eingangssignalfrequenzen über eine Fest-Flüssig-Grenze übertragen werden. Da biologische Signale aus einem breiten Frequenzbereich bestehen, ist es wichtig, eine Methode zu verwenden, die alle diese Bereiche erfasst. Relativ niedrige Impedanzwerte entsprechen einem höheren Signal-Rausch-Verhältnis. Kleinere Elektrodenmerkmale können die Signalamplitude erhöhen, was zur Verbesserung des SNR beiträgt. Auch die Nähe der Elektrode zu einer biologischen Probe hat einen Einfluss auf die Signalqualität. Je näher eine Elektrode an einer Probe ist, desto höher ist die Signalqualität.  

Aktionspotentiale werden durch eine zelluläre Stimulation erzeugt, bei der Depolarisation und Repolarisation auftreten können. Um Aktionspotenziale aufzuzeichnen, werden Mikroelektroden verwendet. Bei der Depolarisation geht das Membranpotenzial von negativ zu positiv über, was als elektropositiv bezeichnet wird. Eine Repolarisierung tritt auf, wenn die Zellen positive Ladungen verlieren und somit elektronegativ werden. Sowohl Depolarisation als auch Repolarisation erzeugen häufig höhere Frequenzen. 

Die zyklische Voltammetrie ist ein weiterer Test, der zur Überwachung von Ladungsübertragungsreaktionen an der Oberfläche einer Elektrode verwendet werden kann. CV-Tests messen den Stromfluss und werden üblicherweise zur Prüfung von Redox-Reaktionen durchgeführt. Diese Methode kann auch verwendet werden, um die Bildung von selbstorganisierten Monoschichten (SAMs) auf einer Elektrodenoberfläche festzustellen. Arbeits-, Gegen- und Referenzelektroden sind die Werkzeuge, die für CV-Messungen erforderlich sind. 

Platypus Technologies wird in Kürze neue strukturierte Elektrodendesigns anbieten, die eine Reihe von biologischen Testanwendungen ermöglichen. Zu den neuen Designs gehören interdigitale Elektroden und Arrays, FETs, Lab-on-a-Chip sowie Elektroden mit vier und sechs Sonden. Kontaktieren Sie uns noch heute, um sich über diese neu entwickelten Elektrodendesigns zu erkundigen!