Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4091
Main Title: Metallisierte Mikroelektroden zur Zell- und Proteinimmobilisierung und Stimulierung
Translated Title: Metallized microelectrodes for cell and protein immobilization and stimulation
Author(s): Schmidt, Franziska
Advisor(s): Fleck, Claudia
Referee(s): Fleck, Claudia
Gross, Ulrich
Kroh, Lothar W.
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die gezielte Strukturierung von Zellen und Proteinen auf Oberflächen ist sowohl für tissue engineering als auch zellbiologische Untersuchungen interessant. Die strukturierten Zell-Protein-Schichten kommen als Gewebeersatz, bei der Untersuchung biologischer Funktionen oder als Sensoren in Frage. Eine weitere interessante Anwendungsmöglichkeit liegt in Nervenleitschienen, die zur Überbrückung von Defekten im peripheren Nervensystem verwendet werden. In dieser Arbeit konnten Mikroelektroden mit Hilfe von handelsüblichen Druckern hergestellt werden, welche zur anodischen Strukturierung von Zellen und Fibrin verwendet wurden. Die daraus resultierenden strukturierten Zell-Fibrin-Schichten auf degradierbaren Mikroelektroden sind vielversprechend für die Entwicklung einer neuartigen Nervenleitschiene. Zunächst wurden die Mikroelektroden auf einem nicht degradierbaren Polymersubstrat etabliert. Daran wurden die abgeschiedenen Goldschichten auf ihre Schichtdicken und Leitfähigkeiten untersucht. Es wurde eine Mindestschichtdicke ermittelt, um ausreichende Leitfähigkeit der Mikroelektroden zu gewährleisten. Die strukturierten Zell-Fibrin-Schichten wurden verschieden charakterisiert. Mit FT-IR wurde die Sekundärstruktur des anodisch abgeschiedenen Fibrins untersucht. Die elektrophoretische Immobilisierung von Zellen auf der Anode wurde an den Zelllinien L929 und HT22 nachgewiesen. Es konnte gezeigt werden, dass für die vitale Immobilisierung der Zellen auf der Anode eine zeitgleiche Abscheidung von Fibrin notwendig ist. Die vitalen Zellen zeigten eine gute Adhäsion. In einem weiteren Schritt wurden degradierbare polymere Substrate etabliert. Dafür wurden verschiedene PLGA-Co-Polymere von Evonik (ehemals Boehringer Ingelheim) auf ihre Eignung zur Folienherstellung untersucht. Dabei wurden PLA-Anteil und Molekulargewicht variiert. Als Vergleichsmaterial wurde eine kommerziell erhältliche PLA-Folie verwendet. Mit FT-IR konnte eine Methode zur zerstörungsfreien Untersuchung der Foliendicken etabliert werden. Die resultierenden Folien wurden in Bezug auf thermomechanische Eigenschaften, Degradationsverhalten und Benetzbarkeit mit Wasser charakterisiert. Zusätzlich wurden die Folien mit Gas-Plasmen behandelt, wodurch die Benetzbarkeit mit Wasser deutlich verbessert und die Rauheit der Oberflächen erhöht werden konnte. Die kontrollierte Wirkstofffreisetzung aus degradierbaren Foliensubstraten wurde mit Koffein als Modellwirkstoff untersucht. Zytotoxizitätstests mit Fibroblasten und HT22-Zellen wurden zur Kontrolle der Herstellungsschritte der Mikroelektroden verwendet. Es zeigte sich, dass bei den PLGA-Substraten vor allem die möglichen Lösemittelreste zytotoxisch wirkten, weshalb in der Herstellung der Substrate die Trocknung der Folien besonders beachtet werden sollte. Abschließend wurden degradierbare Mikroelektroden aus PLA, einem 50:50-PLGA-Co-Polymer und einem 75:25-PLGA-Co-Polymer für die anodische Abscheidung von Fibrin und Immobilisierung von HT22-Zellen verwendet. PLA und das 75:25-Co-Polymer zeigten eine gute Eignung als Substratmaterialien, aufgrund ihrer mechanischen und chemischen Stabilität. Die Zellen konnten auf beiden Mikroelektrodentypen vital immobilisiert und kultiviert werden.
The specific structuring of cells and proteins onto surfaces is of interest for both tissue engineering and cell-biological studies. The structured cell protein layers are applicable as tissue replacement, in the investigation of biological functions or as sensors. Another interesting possibility is in nerve guidance conduits, which are used to bridge defects in the peripheral nervous system. In this work, microelectrodes were prepared using commercially available printers. They were used for the anodic structuring of cells and fibrin. The resulting structured cell-fibrin layers on biodegradable microelectrodes are promising for the development of a new nerve guidance conduit. The microelectrodes were established on a non-degradable polymer substrate. The deposited gold layers were investigated for their layer thicknesses and conductivities. A minimal layer thickness was determined in order to ensure sufficient conductivity of the microelectrodes. The structured of the deposited cell-fibrin layers were characterized. The secondary structure of the anodically deposited fibrin was examined with FT-IR. Electrophoretic immobilization of cells on the anode was established with the cell lines L929 and HT22. It could be shown that a simultaneous deposition of fibrin is required for the immobilization of vital cells on the anode. The vital cells showed good adhesion. In a further step, degradable polymeric substrates were prepared with different techniques. For this, various PLGA co-polymers from Evonik (formerly Boehringer Ingelheim) were examined for their suitability for film production. They varied in PLA proportion and molecular weight. A commercially available PLA film was used for comparison. A method for the nondestructive examination of the film thicknesses with FT-IR could be established. The resulting films were characterized in terms of thermo-mechanical characteristics, degradation behavior and wettability with water. In addition, the films were treated with gas plasma, whereby the wettability significantly improved and the roughness of the surfaces was increased. Controlled drug release from the degradable film substrates was established with caffeine as a model drug. Cytotoxicity testing with fibroblasts and HT-22 cells was used to control the manufacturing steps of the microelectrodes. For the PLGA substrates especially the possible solvent residues were found to be cytotoxic. Therefore drying of the films in the manufacture of the substrates should be especially taken into account. Finally degradable microelectrodes were made from PLA, a 50:50 and a 75:25-PLGA copolymer for the anodic deposition of fibrin and immobilization of HT-22 cells. PLA and the 75:25 copolymer showed good suitability as substrate materials, because of their mechanical and chemical stability. The cells were immobilized and cultured in vital state on both microelectrode types.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-53552
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4388
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4091
Exam Date: 18-Dec-2013
Issue Date: 26-Jun-2014
Date Available: 26-Jun-2014
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Elektrophoretische Abscheidung
Fibrin
Mikroelektroden
Neuronale Zellen
PLGA
Electrophoretic deposition
Fibrin
Microelectrodes
Neuronal cells
PLGA
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Institut für Werkstoffwissenschaften und -technologien » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
schmidt_franziska.pdf224.92 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.