Silizium-Nanoribbon-Feld-Effekt-Transistoren zur Kopplung an elektroaktive Zellen

Mehr zum Buch

In den letzten Jahrzehnten wurden mikro- und nanostrukturierte elektrische Bauelemente zur Kopplung an elektrisch aktive Zellnetzwerke entwickelt, was weitreichende Möglichkeiten für die Grundlagenforschung und medizintechnische Anwendungen, wie Neuroprothetik, eröffnet. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Biosensorchip entwickelt, der aus 30 in einem Array angeordneten Silizium Nanoribbon Feldeffekt Transistoren (NRFETs) besteht. Die Chips wurden erfolgreich hergestellt und als Biosensoren eingesetzt. Der Herstellungsprozess wurde im Reinraum optimiert, um die NRFETs als Biosensoren zu nutzen. Die elektrische Charakterisierung der NRFETs zeigte präzise steuerbare Transistorkennlinien mit geringen Hystereseeffekten, was ihre Eignung als Biosensoren unterstützt. Zudem wurde das Rauschen der NRFETs und des Verstärkersystems untersucht. Die Biosensorchips wurden zur Messung von pH-Werten verwendet und zeigten eine Empfindlichkeit von 42 mV dec, was die Nutzung der NRFETs für pH-Wert Änderungen an Zellen ermöglicht. Des Weiteren wurden die NRFETs zur Ableitung von Aktionspotentialen (APs) elektrisch aktiver Zellen eingesetzt. Die Ableitung der APs von Herzmuskelzellen (HL-1 Zellen) konnte mit einem Signal-zu-Rausch-Verhältnis von bis zu 23 erfolgreich demonstriert werden. Bei Neuronen konnten Fehlerquellen lokalisiert werden, die als Grundlage für Verbesserungen der Neuron-Chip-Kopplung für zukünftige Experimente dienen.