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

In den letzten Jahrzehnten wurden mikro- und nanostrukturierte elektrische Bauelemente zur Kopplung an elektrisch aktive Zellnetzwerke entwickelt. Gelingt diese Kopplung, ergeben sich daraus weitreichende Möglichkeiten für die zukünftige Grundlagenforschung zur Signalausbreitung in den Zellnetzwerken als auch für zahlreiche medizintechnische Anwendungen, z. B. in der Neuroprothetik. ImRahmen dieser Arbeit wurde ein Biosensorchip entwickelt, dessen Sensoren aus 30 in einem Array angeordneten Silizium Nanoribbon Feldeffekt Transistoren (NRFETs) bestehen. Die Chips konnten erfolgreich hergestellt und als Biosensoren verwendet werden. Der Herstellungsprozess wurde im Reinraum durchgeführt und in Bezug auf den Einsatz der NRFETs als Biosensoren optimiert. Die anschließende elektrische Charakterisierung der NRFETs zeigte, bei Steuerung über das Frontgate, präzise steuerbare Transistorkennlinien mit sehr geringen Hystereseeffkten, was ihre Eignung als Biosensoren ermöglicht. Weiterhin wurde das Rauschen der NRFETs und des zugehörigen Verstärkersystems untersucht. Die Biosensorchips wurden zur Messung von pH-Werten verwendet und zeigten eine Empfindlichkeit von 42 mV dec. Somit können die NRFETs für Messungen von pH-Wert Änderungen an Zellen verwendetwerden. Weiterhin 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 bis zu 23 erfolgreich demonstriert werden. Für die Ableitung von APs von Neuronen, konnten Fehlerquellen lokalisiert werden, auf deren Grundlage weitere Verbesserungen der Neuron-Chip Kopplung für zukünftige Experimente abgeleitet werden konnten.