Bioelektród felületek nanostruktúrálása fekete-szilícium alapréteg felhasználásával

Az idegszövetbe ültetett ún. agyi elektródák körül – mint minden a szervezetbe jutó idegen test körül – intenzív immunrendszerbeli választ lehet megfigyelni. Az izolálást végző sejtek azért szaporodnak el, hogy minél hamarabb megszabaduljanak az idegen testtől, vagy legalábbis a jelenlétének tulajdonítható káros hatásoktól. Ez a folyamat idővel az elektróda jelelvezetését is lényegesen lerontja. Egy lehetséges megoldást jelenthet a problémára a beültetett tárgy felületének nanoméretekben történő megmunkálása. Az utóbbi években bíztató kísérleti eredmények születtek arra vonatkozóan, hogy amennyiben a beültetett biointerfész felülete nem mikroszkópikus simaságú, hanem az ún. extracelluláris mátrix nagyságrendjébe eső méretekben barázdált, akkor a jelelvezetés szempontjából hátrányos immunválasz lényegesen kisebb mértékű lesz. A nanostruktúrálás a jel-zaj viszony szempontjából is további kedvező hatással járhat, hiszen az érzékelő kontaktusok fajlagos felületének növelésére is lehetőséget ad.

Mivel a szélesebb körben alkalmazott agyi elektródák hordozó anyaga szilícium, ezért célszerű az eszköz technológiai sorába illeszthető nanostruktúrálási műveleti lehetőségek kutatása. Egy lehetséges megmunkálási mód a szilícium kriogén hőmérsékleten végzett mély reaktív ionmarásával előállítható ún. fekete-szilícium alkalmazása, melynek részletesebb vizsgálatára a Magyar Tudományos Akadémia Természettudományi Kutatóközpontjának Műszaki Fizikai- és Anyagtudományi Intézetében nyílt lehetőségem. Szilícium-dioxid felületre leválasztott polikristályos szilícium vékonyréteg marása során arra kerestem a választ, hogy milyen hatással lehet a kontaktusfelület végső morfológiájára a maráshoz használt vákuumkamra kriogén hőmérséklete, a kamrába engedett marógázok aránya (SF6, O2) és a plazma RF teljesítménye. A kísérletek során megvizsgáltam továbbá, hogy a szilícium mintázat (loading) és a polikristályos szilícium szemcseszerkezete miként befolyásolhatja az eredményeket. A morfológiai vizsgálatokat pásztázó elektronmikroszkópos (SEM), pásztázó atomerő-mikroszkópos (AFM) és röntgendiffrakciós (XRD) felvételek elemzésével végeztem el. A polikristályos alaprétegre porlasztott platinaréteget leválasztva alkalmam volt, az így elkészült kontaktus elektrokémiai jellemzésére, melyet ciklikus voltammetriával és impedancia spektroszkópiával vizsgáltam meg.

Amennyiben a vizsgált technológiát integráljuk az agyi elektródák megmunkálási folyamatába, jelentősen javulhat a krónikus beültetések jelelvezetési hatékonysága, továbbá a kinyert elektrofiziológiai paraméterek hosszabb távú vizsgálhatósága mellett, a szabadon mozgó kísérletekhez feláldozott állatmodellek száma is csökkenhet.

szerző

• 
  Horváth Ágoston Csaba
  villamosmérnöki
  nappali

konzulensek

• 
  Dr. Fekete Zoltán
  tudományos munkatárs, Természettudományi Kutatóközpont (külső)
• 
  Dr. Juhász László
  adjunktus, Elektronikus Eszközök Tanszék

helyezés