Die Aktivität neuronaler Netze kann durch Feldeffekttransistoren mit hoher Auflösung nicht invasiv verfolgt werden. Bis jetzt war die Messung mit Feldeffekttransistoren auf elektrische Signale der Zellen beschränkt. Ein weiterer wichtiger Bereich der neuronalen Informationsverarbeitung, der chemisch an speziellen Stellen, den Synapsen, durch das Ausschütten von Vesikeln stattfindet, wurde mit Feldeffekttransistoren bislang nicht untersucht. Diese Arbeit zeigt, daß es möglich ist, die Ausschüttung von Vesikeln einer Zelle mit dem Feldeffekttransistor zu messen.
Neuroendocrine Zellen aus der Rindernebenniere, die ein etabliertes Modellsystem für die synaptische Übertragung sind, werden auf der Oberfläche eines linearen Arrays von Feldeffekttransistoren kultiviert.
Unter Stimulation der Zellen mißt der Transistor Signale, welche mit der Referenzmethode zum Detektieren der Vesikel, der Amperometrie, verglichen werden. Dieser Vergleich zeigt, daß der Transistor die Exozytose einzelner Vesikel mißt und daß fast alle ausgeschütteten Vesikel vom Transistor detektiert werden.
Im Gegensatz zu den Signalen der Amperometrie besitzen die Signale der Transistoren eine starke Abhängigkeit von der extrazellulären Pufferkonzentration; ein Indiz, daß die Transistorsignale auf der Ausschüttung von Protonen durch die Vesikel beruhen. Dieses wird durch das Zerstören der granularen pH-Gradienten mit der Pore Nigericin sowie den Carrier Valinomycin bestätigt. Während die amperometrischen Messungen von diesen Substanzen unbeeinflußt bleiben, erlöschen die Signale im Transistor nach ihrem Wirken fast gänzlich.
Mittels Transistoren der Gategröße von 2x2 m² und eines Abstandes von 4,6 m in einer linearen Anordnung ist es möglich, mit mehreren Transistoren die Exozytose unterhalb einer Zelle zu messen. So kann eine räumliche Karte der Ausschüttung, die physiologisch an bestimmte Stellen in der Zelle gekoppelt ist, erstellt werden.
Ein Modell der Transistorsignale berücksichtigt die Freisetzung von Protonen in den engen Spalt zwischen Zelle und Transistoroberfläche, ihre Diffusion entlang des Spaltes und ihre Reaktion mit den durch den Transistor bereitgestellten dissoziierten Oberflächengruppen. Ein Vergleich des Modells mit dem Experiment zeigt, daß die Transistorsignale nur in dem Kontext der Komplexität der Vesikelfusion und des Zerfalls der granularen Matrix erklärt werden können.
Da eine Vielzahl an Vesikeln eine erhöhte Protonenkonzentration besitzt, ist in dieser Arbeit nicht nur eine neue fundamentale Kopplung einer Zelle an einen Feldeffekttransistor und damit ein neuartiges hybrides System experimentell und theoretisch erstellt, sondern es wird auch eine neue Methode zum Detektieren der Vesikelausschüttung begründet.