Mikroelektroden-Arrays (MEAs) sind wichtige Instrumente in der Elektrophysiologie und ermöglichen die Aufzeichnung und Stimulation erregbarer Zellen wie Neuronen und Kardiomyozyten. Herkömmliche 2D-MEAs haben sich zwar erheblich weiterentwickelt, ihre planare Struktur schränkt jedoch ihre Fähigkeit ein, effektiv mit biologischen 3D-Umgebungen zusammenzuarbeiten, was ihre Anwendbarkeit bei der Aufzeichnung erregbarer Zellen einschränkt. Darüber hinaus wurden MEAs in der elektrochemischen Sensorik eingesetzt, z. B. zum Nachweis von Silbernanopartikeln (AgNPs) als Grundsatzbeweis für den künftigen Nachweis von Neurotransmittern in 3D-Umgebungen. Diese Dissertation konzentriert sich auf die Entwicklung und Anwendung von 3D-MEAs für drei unterschiedliche Zwecke: AgNP-Detektion, extrazelluläre Aufzeichnungen in HL-1-Zellen und neurale In-vivo-Aufzeichnungen aus Heuschreckenganglien. Durch den Einsatz von Mikrofabrikationstechniken wie Tintenstrahldruck, Lithographie und Laserablation werden in dieser Arbeit neue Herstellungsstrategien vorgestellt, mit denen die Grenzen herkömmlicher MEAs überwunden werden können. Zunächst wird ein neuartiger Herstellungsansatz vorgestellt, der Tintenstrahldruck und Laserablation für 3D-Mikroringelektroden für die elektrochemische Detektion von Nanopartikeln. Die Elektrodenarrays sind dadurch in der Lage Silbernanopartikel auch abseits der Bodenstruktur zu messen. Zweitens wird ein schnelles und skalierbares Herstellungsverfahren entwickelt, das die Trockenfilmstrukturierung auf Epoxidbasis mit der Laserablationstechnologie kombiniert, um 3D-MEAs für extrazelluläre Ableitungen von HL-1-Kardiomyozytenzellen herzustellen. Die hergestellten MEAs bilden eine effektive Schnittstelle zu nicht-planaren biologischen Strukturen. Drittens werden flexible 3D MEAs auf Polyimid-Substraten für neuronale Ableitungen in Heuschreckenganglien vorgestellt, wodurch die Anwendung flexibler 3D MEAs für die In-vivo-Elektrophysiologie demonstriert wird. Diese Arrays passen sich der Struktur des Ganglions an und ermöglichen die neuronale Aufzeichnung sowie Stimulation der Nervenaktivität, welche durch eine spezifische Beinbewegung der Heuschrecke sichtbar gemacht werden kann. Zusammengenommen unterstreichen diese Ergebnisse die Vielseitigkeit der 3D-MEA-Technologie sowohl für elektrochemische Sensoren als auch für elektrophysiologische Anwendungen. Die in dieser Arbeit vorgestellten Methoden ebnen den Weg für eine effektivere Verknüpfung mit komplexen biologischen Systemen und können wertvolle Erkenntnisse für künftige Anwendungen in den Neurowissenschaften, der Kardiologie und der Biosensorik liefern.     «

Mikroelektroden-Arrays (MEAs) sind wichtige Instrumente in der Elektrophysiologie und ermöglichen die Aufzeichnung und Stimulation erregbarer Zellen wie Neuronen und Kardiomyozyten. Herkömmliche 2D-MEAs haben sich zwar erheblich weiterentwickelt, ihre planare Struktur schränkt jedoch ihre Fähigkeit ein, effektiv mit biologischen 3D-Umgebungen zusammenzuarbeiten, was ihre Anwendbarkeit bei der Aufzeichnung erregbarer Zellen einschränkt. Darüber hinaus wurden MEAs in der elektrochemischen Sensorik...     »