microelektroden

Microelektroden sind feine Elektroden, die elektrische Signale aus Zellen oder Geweben messen oder stimulieren. Sie finden vor allem in der Neurophysiologie, der Kardiologie und der Biomedizin Anwendung. Mikroelectroden können intrazellulär oder extrazellulär betrieben werden: Intrazelluläre Elektroden impalen Zellen und messen Membranpotenziale sowie Aktionspotentiale; extrazelluläre Elektroden erfassen Spannungsveränderungen im umliegenden Gewebe und liefern lokale Feldpotenziale oder Einzelzellaktivität, oft über Mikroelektrodenarrays.

Aufgebaut sind Mikroelectroden aus einer feinen Spitze, die isoliert ist. Glas-Mikroelektroden entstehen durch Aufziehen einer Glaspipette und präzises Anspitzen der Spitze; Metallmikroelektroden bestehen aus PtIr, Tungsten oder Edelstahl und werden ebenfalls isoliert. Typische Spitzenbreiten liegen bei intrazellulärer Anwendung bei etwa 0,5–2 μm und bei extrazellulärer Anwendung bei 1–5 μm. Oberflächenbehandlungen wie Platin-Schwarz, PEDOT:PSS oder IrOx senken die Impedanz und verbessern die Kopplung. Die Elektroden werden an Verstärker- und Stimulationsschaltungen angeschlossen und können auch in flexiblen, biokompatiblen Substraten vorliegen.

Die elektrischen Eigenschaften werden durch die Impedanz der Elektrode beschrieben. Intrazelluläre Elektroden zeigen hohe Impedanzen im Bereich von mehreren 10^7 bis 10^9 Ohm; extrazelluläre Elektroden befinden sich typischerweise im Megaohm-Bereich. Signalformen reichen von Ruhepotenzialen und Aktionspotentialen (intrazellulär) bis zu lokalen Feldpotenzialen (extrazellulär).

Anwendungen umfassen Einzelzell- und Mehrkanalaufzeichnungen in Geweben, Kulturen oder im Tiermodell, sowie Stimulationsprotokolle. Vorteile sind hohe räumliche Auflösung und direkter Bezug zu Membranprozessen; Nachteile umfassen Gewebeschäden, Bewegungsartefakte und Instabilität. Zukünftige Entwicklungen zielen auf biokompatiblere, flexible Elektroden mit größerer Langzeitstabilität und höherer Kanalzahl.