DuEPublico 2

Dies ist unser neues Repositorium, derzeit für E-Dissertationen und ausgewählte weitere Publikationen. Weitere Informationen...

Nanopartikel-Elektrodeposition zur Nanostrukturierung von Elektroden

Koenen, Sven

Die Behandlung von neurodegenerativen Krankheiten nimmt besonders aufgrund höherer Lebenserwartungen eine immer größer werdende Rolle in der heutigen Medizin ein. Eine dieser Krankheiten ist Morbus Parkinson, welche Tremor in den Gliedmaßen, den Verlust der motorischen Fähigkeiten und Depressionen zur Folge haben kann. Da es für Morbus Parkinson bislang keine Heilung gibt, ist das wichtigste Ziel den Betroffenen ihre Lebensqualität zurück zu geben. Eine Methode um dies zu erreichen ist die Tiefe Hirnstimulation, bei welcher über implantierte Elektroden bestimmte Gehirnregionen stimuliert werden. Ein Problem stellt allerdings entstehendes Narbengewebe um die Elektrode herum dar, was die Effektivität der Behandlung reduziert. In dieser Arbeit werden die Elektroden mit Nanopartikeln beschichtet, da diese die Biokompatibilität und die Impedanz der Elektroden beeinflussen können. Um eine sauberes Bioimplantat zu erhalten wird eine Kombination zwei hochreiner Methoden verwendet zur Beschichtung verwendet. Die gepulste Laserablation in Flüssigkeiten (PLAL) und die Elektrophoretische Deposition (EPD). Zur reproduzierbaren Herstellung funktionaler, nanostrukturierter Oberflächen ist ein besseres Verständnis des EPD-Prozesses notwendig. Hierzu wird der Mechanismus des Prozesses analysiert, was die pH-Wert-Entwicklung und entstehende Konzentrationsgradienten im der EPD-Kammer einschließt. Weitergehend wurde ein Modelsystem entwickelt, um den Einfluss von Liganden an Nanopartikeln auf die beiden Hauptaspekte der EPD, die elektrophoretische Mobilität und die Abscheiderate, erstmals untersuchen zu können. Zusätzlich wurde der Einfluss kritischer Parameter (Depositionszeit, Kolloidkonzentration und elektrische Feldstärke) auf die physikochemischen Eigenschaften der nanostrukturierten Oberfläche durch das Anlegen von Parameter-Rastern untersucht. Diese Eigenschaften sind die Oberflächenbedeckung, der Kontaktwinkel, die Oberflächenoxidation, die elektrochemische Aktivität und die Impedanz. Eine In-vivo-Studie wurde zusammen mit Projektpartnern der Medizinischen Hochschule Hannover durchgeführt, um die Neuroelektroden in lebenden Ratten zu untersuchen. Die Beschichtung zeigte eine gleichbleibend hohe Biokompatibilität bei geringerer Impedanz im Vergleich zur unbeschichteten Referenz, was für die Behandlung von Morbus Parkinson mittels Tiefer Hirnstimulation vorteilhaft ist. Somit wurde das Hauptziel die Verbesserung der Neuroelektroden für die Tiefe Hirnstimulation erreicht. Zusätzlich wurde ein System zur Vorhersage der physikochemischen Eigenschaften und der In-vivo-Funktionalität der Elektroden in Lebewesen entwickelt.

The treatment of neurodegenerative diseases is of significant importance in today’s medicine due to the increasing life expectancies of human beings. One of these diseases is Morbus Parkinson, which can cause tremor in limbs, the loss of fine motoric skills and depression. Since there is no cure known for patients suffering from Parkinson’s disease, the most important goal is to improve the quality of life for these people. One method to treat the disease is called deep brain stimulation. In this technique specific brain regions are stimulated by electrodes that are placed in these areas. However, these medical implants can suffer from scar formation around the electrode, which reduces the therapies effectiveness. In this work the aforementioned problem is approached by structuring the neural electrodes with nanoparticles since it is known that a nanocoating can influence the biocompatibility as well as the electrodes’ impedance. In order to create a pure and safe biomaterial a combination of two highly purified methods namely pulsed laser ablation in liquids (PLAL) and electrophoretic deposition (EPD) is used to accomplish the nanoparticle coating. To achieve a functional, reproducible nanostructured surface a better understanding of the EPD-process is fundamental. In this work mechanisms that occur during EPD were analyzed. This includes the development of the pH-value and concentration gradients inside the EPD-batch-reactor. Furthermore, a model-system was created to analyze the influence of ligands on the two main aspects of EPD (electrophoretic mobility and deposition on the surface) for the first time. Additionally, the influence of critical deposition parameters (deposition time, colloid concentration and electric field strength) on the resulting physico-chemical properties was analyzed by generating parameter maps. These properties include surface coverage, contact angle, surface oxidation, electrochemical activity as well as the impedance. An in vivo study was carried out together with project partners at Hanover Medical School to analyze the nanoparticle coated neural electrodes in living rats. The coated electrodes proofed to possess the same biocompatibility as uncoated electrodes while showing a more stable and lower impedance, which is beneficial for the treatment of Parkinson’s disease via deep brain stimulation. Therefore, the main aim to improve neural electrodes for deep brain stimulation was achieved. In addition, a system to predict the physico-chemical properties and in vivo functionality of the electrodes was created.

Vorschau

Teilen und Zitieren

Zitierform:

Koenen, Sven: Nanopartikel-Elektrodeposition zur Nanostrukturierung von Elektroden. 2017.

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:

Export