Modifizierte Edelmetalloberflächen für neuronale Elektroden

Abstract

Ertaubung bedeutet nicht nur den Verlust eines Sinnesorgans, es führt in vielen Fällen zur gesellschaftlichen Isolation. Die Anzahl der Gehörgeschädigten steigt jedes Jahr an, weshalb die Weiterentwicklung von Hörhilfen eine wachsende gesellschaftliche Rolle spielt. Eine Maßnahme zur Wiedererlangung der auditiven Wahrnehmung ist das Einsetzen des Cochlea-Implantats, wodurch jedoch nicht der optimale biologische Zustand wiederhergestellt werden kann. Daher widmet sich der erste Teil der vorliegenden Arbeit der Etablierung eines implantatassoziierten Wirkstofffreisetzungssystems, im zweiten Teil der Arbeit werden Ansätze zur biochemischen Modifizierung zur Verbesserung der Elektroden-Nerven-Interaktion untersucht. Die Kontakte neuronaler Elektroden bestehen üblicherweise aufgrund seiner chemischen Inertheit, der sehr guten Leitfähigkeit und der guten Biokompatibilität aus dichtem Platin. Um eine Wirkstofffreisetzung von den Platin-Kontakten zu erreichen, werden diese in der vorliegenden Arbeit mit einer Beschichtung aus nanoporösem Platin versehen und charakterisiert. Poren mit unterschiedlichen Durchmessern können als Reservoir für Wirkstoffe variierender Größe genutzt werden. Durch die Kombination einer elektrochemischen Abscheidung und einer templatbasierten Synthese sollen die Vorteile einer kontrollierten Beschichtungsmethode zur Generierung von Poren genutzt werden. Durch die Schichtdickenvariation der nanoporösen Beschichtung sowie durch chemische Modifizierung soll ein einstellbares Wirkstofffreisetzungssystem erzeugt werden. Freisetzungsversuche zeigen, dass die chemische Modifizierung keinen Einfluss auf das Freisetzungsverhalten aufweist. Durch Variation der Beschichtungsdicke wird ein einstellbares Freisetzungssystem aus der nanoporösen Platinbeschichtung erzeugt. Die elektrochemischen Eigenschaften können durch die Beschichtung mit nanoporösem Platin verbessert werden, dies wird auf die erhöhte spezifische Oberfläche zurückgeführt. Zellkulturuntersuchungen zeigen eine gute Cytokompatibilität. Abschließend werden reale Elektrodenkontakte eines Cochlea-Implantats mit der entwickelten nanoporösen Platinbeschichtung versehen, um die Übertragbarkeit der entwickelten Beschichtung in die Anwendung nachzuweisen. In einem zweiten Ansatz wird zur Verbesserung der Elektroden-Nerven-Interaktion die Modifizierung von Edelmetalloberflächen mit dem neuronalen Adhäsionsmolekül L1CAM untersucht. Qualitative Aussagen über die aufgebrachte immunologisch aktive L1CAM-Menge können unter Verwendung eines antikörperbasierten Nachweisverfahrens getroffen werden. Zur Evaluierung der Ergebnisse wird dieser zum einen direkt auf der Substratoberfläche durchgeführt, zum anderen wird die Konzentration indirekt durch elektrochemische L1CAM-Ablösung ermittelt.

Deafness not only means the loss of a sensory organ, it also leads to social isolation in many cases. The number of people with hearing loss is increasing every year, which is why the development of hearing aids is playing a growing role in society. One method to regain auditory perception is the insertion of a cochlear implant, which, however, does not restore the optimal biological state. Therefore, the first part of the present work is devoted to the establishment of an implant-associated drug delivery system, and the second part of the work investigates approaches to biochemical modification to improve electrode-nerve interaction. The contacts of neuronal electrodes are usually made of dense platinum due to its chemical inertness, excellent conductivity, and good biocompatibility. To achieve drug delivery from the platinum contacts, they are coated with a nanoporous platinum coating and characterized in the present work. Pores with different diameters can be used as reservoirs for active agents of varying size. The combination of an electrochemical deposition process and a template-based synthesis intends to exploit the advantages of a controlled coating method for the generation of pores. By variation of the thickness of the nanoporous coating as well as by chemical modification, an adjustable drug delivery system is generated. Release experiments show that chemical modification has no influence on the release behaviour. By varying the coating thickness, an adjustable delivery system is obtained from the nanoporous platinum coating. The electrochemical properties can be improved by coating with nanoporous platinum, which is attributed to the increased specific surface area. Cell culture investigations show good cytocompatibility. Finally, real electrode contacts of a cochlear implant are coated with the developed nanoporous platinum coating to demonstrate the transferability of the developed coating to applications. In a second approach, the modification of precious metal surfaces with the neuronal adhesion molecule L1CAM is investigated to improve electrode-nerve interaction. Qualitative statements about the amount of the immunologically active L1CAM attached can be made using an enzyme-linked immunosorbent assay. To evaluate the results, this is performed on the one hand directly on the substrate surface, and on the other hand the concentration is determined indirectly by electrochemical L1CAM detachment.