DE102008009826A1

DE102008009826A1 - Vorrichtung zur Bestimmung eines elektrophysiologischen Parameters von biologischem Zellmaterial, Verfahren zur Herstellung einer Messelektrode für eine derartige Vorrichtung sowie Verfahren zur Vermessung einer Zelle mithilfe einer derartigen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102008009826A1
Application number: DE200810009826
Authority: DE
Inventors: Karsten Dr. Tauber; Christian von Dr. Falkenhausen; Dirk Dr. Zimmermann
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV; Raumedic AG
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV; Raumedic AG
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2009-08-20

Abstract

Eine Vorrichtunmg dient zur Bestimmung eines elektrophysiologischen Parameters von biologischem Zellmaterial. Mindestens eine Messelektrode der Vorrichtung hat ein aus einer Isolatorschicht (2) heraustretendes freies Ende, das zur Durchdringung einer Zellmaterial-Wand gestaltet ist. Der Messelektrode ist mindestens eine Gegenelektrode zugeordnet. Ein Elektrodenkörper der Messelektrode bildet die Fortsetzung eines in der Isolatorschicht (2) ausgebildeten Elektrodenkanals (37). Es resultiert eine Vorrichtung, bei der die Herstellung der mindestens einen Messelektrode erleichtert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines elektrophysiologischen Parameters von biologischem Zellmaterial nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung einer Messelektrode für eine derartige Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Vermessung von Zellmaterial mithilfe einer derartigen Vorrichtung.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist bekannt aus der WO 2007/003398 A2 sowie der WO 2007/003399 A2 . Eine weitere Vorrichtung der eingangs benannten Art ist bekannt aus der US 2004/0146849 A1 . Zur Durchführung der elektrophysiologischen Messungen muss eine Spannung zwischen der Messelektrode und der extrazellular positionierten Gegenelektrode angelegt werden. Hierbei kann es vorkommen, dass die Messelektrode teilweise freiliegt, was die Messung unerwünscht verfälscht.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass derartige Messverfälschungen zumindest erkannt, idealerweise aber wirkungsvoll verhindert sind.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass dann, wenn die Messelektrode die Fortsetzung eines in der Isolatorschicht ausgebildeten Elektrodenkanals darstellt, die für eine erfolgreiche Messung notwendige elektrische Isolation des freien, unisolierten Endes der Messelektrode gegenüber der äußeren Umgebung um das zu vermessende Zellmaterial effektiv gewährleistet werden kann. Als Isolierschicht kann beispielsweise ein insbesondere Photoresist-beschichteter Siliziumwafer oder ein Ormocer zum Einsatz kommen. Eine Messelektrode, bei der der Elektrodenkörper die Fortsetzung eines in der Isolatorschicht ausgebildeten Elektrodenkanals bildet, lässt sich zudem mit relativ geringem Aufwand herstellen. Das zu vermessende Zellmaterial kann eine Einzelzelle oder eine für die Messung hergestellte Fusionszelle sein. Auch Liposomen können vermessen werden.
Die Bereitstellung einer Messelektroden-Packung nach Anspruch 2 bietet die Möglichkeit des Erkennens einer Messverfälschung durch freiliegende Einzelelektroden. Es kann dann, die Möglichkeit eines unabhängigen elektrischen Abgriffs der einzelnen Messelektroden einer Messelektroden-Packung vorausgesetzt, beispielsweise bei der Messung der Potentialwert der verschiedenen Einzelelektroden der Messelektroden-Packung ermittelt werden. Die Gesamtmessung stellt eine Mittelung über die Messergebnisse der einzelnen Messelektroden dar, so dass Verfälschungen einzelner Messelektroden nicht ins Gewicht fallen. Bei einer Messelektroden-Packung können die einzelnen Messelektroden, wie dies vorstehend schon angesprochen wurde, so verschaltet sein, dass ein unabhängiger Abgriff der Messelektroden möglich ist. In diesem Fall liegt die Messelektroden-Packung in Form eines Elektrodenarrays vor. Alternativ ist es möglich, die Messelektroden-Packung als eine einzige Elektrode mit insbesondere nanostrukturierter Oberfläche zu gestalten, wobei diese Packungs-Elektrode dann über mehrere Spitzen am Ort der verschiedenen Messelektroden verfügt.
Messelektroden-Anzahlen nach Anspruch 3 haben sich zur Durchführung einer sicheren Messung als besonders geeignet herausgestellt.
Längen der Elektrodenkanäle nach Anspruch 4 sind vorteilhaft an die Dimensionen des zu vermessenden Zellmaterials angepasst.
Eine Länge der Elektrodenkanäle nach Anspruch 5 eignet sich besonders zum Einsatz im Zusammenhang mit Messelektroden-Packungen mit einer Vielzahl von Messelektroden, wobei dann alle Messelektroden der Messelektroden-Packung Längen in diesem Längenbereich haben. Neben dem bevorzugten Längenbereich zwischen 15 μm und 40 μm für den Elektrodenkanal existiert noch ein weiterer bevorzugter Längenbereich zwischen 1 μm und 7 μm für den Elektrodenkanal.
Eine Länge der Elektrodenkanäle nach Anspruch 6 eignet sich besonders zum Einsatz mit Messelektroden-Packungen mit bis zu 10 Messelektroden, wobei dann alle Messelektroden der Messelektroden-Packung Längen in diesem Längenbereich haben.
Dimensionen der Messelektroden bzw. der Elektrodenkanäle nach den Ansprüchen 7 bis 9 haben sich als für die Messung besonders gut geeignet herausgestellt.
Eine Messelektroden-Kreuzstruktur nach den Ansprüchen 10 und 11 führt zu einer erwünscht definierten Fixierung des Zellmaterials.
Ein sich trichterförmig erweiternder Elektrodenkanal nach Anspruch 12 bietet insbesondere bei einer galvanischen Befüllung des Elektrodenkanals Vorteile, da hierdurch auch längere Elektrodenkanäle befüllt werden und damit längere Messelektroden hergestellt werden können.
Ein sich spitzenseitig verjüngender Elektrodenkanal nach Anspruch 13 ermöglicht die Herstellung von Messelektroden mit an die jeweilige Anwendung angepasster Spitzenform. Ein bevorzugtes Beispiel für eine derartige Spitzenform ist eine sich konisch verjüngende Spitze. Zur Herstellung einer derartigen Spitzenform ist dann der Elektrodenkanal spitzenseitig entsprechend konisch verjüngt ausgeführt.
Hohlelemente nach Anspruch 14 gewährleisten eine sichere elektrische Isolation der Basis-Isolatorschicht gegen die Zellmaterial-Wand, so dass nach dem Anheften des Zellmaterials das Vorliegen isolationsfreier Messelektroden-Abschnitte verhindert ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren für eine erfindungsgemäß gestaltete Messelektrode mit einem Elektrodenkanal anzugeben.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
Ein derartiges Verfahren ermöglicht eine hochpräzise und reproduzierbare Fertigung der Elektroden, die insbesondere für eine Serienfertigung geeignet ist. Die Messelektroden können insbesondere einfach und vollautomati siert auf entsprechende Sensorchips appliziert werden. Alternativ zu einem Befüllen eines vorbereiteten Elektrodenkanals kann auch zunächst ein Elektrodenmaterial-Draht bereitgestellt werden, der anschließend mit Isolatormaterial umhüllt wird.
Ein Verfahren nach Anspruch 16 bietet besonders fertigungstechnische Vorteile, da hiermit eine Massenproduktion von Messelektroden möglich ist. Als fließfähiges Elektrodenmaterial können Metalle, zum Beispiel Gold, Silber oder Platin oder ihre Metallsalze oder auch leitfähige Polymere zum Einsatz kommen. Als Substrate können mikro- bzw. nanoporöse Polymerfolien zum Einsatz kommen.
Techniken zum Abtragen der Isolatorschicht nach den Ansprüchen 17 oder 18 weisen eine besonders gute Eignung für ihre Integration in einen Massenfertigungsprozess auf.
Für Elektrodenmaterialien, die nicht fließfähig sind, stellt das Verfahren nach Anspruch 19 eine Alternative zu dem nach Anspruch 16 dar.
Ein nach Anspruch 20 bereitgestelltes Substrat gewährleistet eine definierte Kanalgeometrie und eine definierte Verteilung bzw. Anordnung der Kanäle über das Substrat. Hierbei kann insbesondere als Bestrahlungstechnik die Zwei-Photonen-Polymerisation, insbesondere mithilfe von Laserimpulsen im nahen Infrarotbereich, zum Einsatz kommen. Diese Technik kann sich Prinzipien bedienen, die aus der Stereolithografie bekannt sind.
Der Verfahrensschritt nach Anspruch 21 erlaubt den Einsatz von beispielsweise in Lösung vorliegenden Roh-Substraten, zum Beispiel von Ormoceren.
Insbesondere zum Herstellen von einzelnen Vorrichtungen, beispielsweise für Prototypen, eignet sich ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 22.
Das Strukturierverfahren mithilfe einer Strukturierstrahlung kann nicht nur, wie im Zusammenhang mit dem Anspruch 20 erläutert, zur Strukturierung der Kanäle, sondern auch zu einer direkten Strukturierung der Messelektroden selbst nach Anspruch 23 herangezogen werden.
Die Vorteile des Aushärteschritts nach Anspruch 24 entsprechen denen nach Anspruch 21.
Ein thermisches Behandeln nach Anspruch 25 verbessert die Isolationswirkung des Isolatormaterials.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Messverfahren unter Einsatz der erfindungsgemäßen Messvorrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 26.
Die Vorteile des Verfahrens entsprechen denen, die vorstehend schon unter Bezug auf die Messvorrichtung erläutert wurden.
Ein Anheften nach Anspruch 27 nutzt elegant die Messelektroden, ohne dass es eines zusätzlichen Anheft-Hilfsmittels bedarf.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei die 1 bis 5 eine nicht erfindungsge mäße Anordnung zeigen, die zu Erläuterungszwecken beschrieben ist. In der Zeichnung zeigen:
1 schematisch eine Aufsicht auf eine Vorrichtung zur Bestimmung eines elektrophysiologischen Parameters von biologischem Zellmaterial mit insgesamt sieben hexagonal angeordneten Messelektroden;
2 gegenüber 1 vergrößert einen Schnitt gemäß Linie II-II in 1;
3 eine Ausschnittsvergrößerung aus 2 im Bereich einer Messelektrode;
4 eine zu 1 ähnliche Darstellung einer weiteren Ausführung einer Vorrichtung zur Bestimmung eines elektrophysiologischen Parameters von biologischem Zellmaterial;
5 in einer gegenüber 4 vergrößerten Darstellung einen Schnitt gemäß Linie V-V in 4;
6 in einer zu 1 ähnlichen Darstellung eine weitere Ausführungsform;
7 in einer gegenüber 6 vergrößerten Darstellung einen Schnitt gemäß Linie VII-VII in 6;
8 eine Ausschnittsvergrößerung aus 7 im Bereich einer Messelektrode;
9 in einer zu 1 ähnlichen Darstellung eine weitere Ausführungsform;
10 in einer gegenüber 9 vergrößerten Darstellung einen Schnitt gemäß Linie X-X in 9;
11 in einer zu 1 ähnlichen Darstellung eine weitere Ausführungsform;
12 in einer 11 vergrößerten Darstellung einen Schnitt gemäß Linie XII-XII in 11;
13 eine Ausschnittsvergrößerung aus 12 im Bereich einer Messelektrode, wobei in dieser Fig. zusätzlich eine vergrößerte Aufsicht einer Messelektrode dargestellt ist;
14 in einer zu 1 ähnlichen Darstellung eine weitere Ausführungsform;
15 in einer gegenüber 14 vergrößerten Darstellung einen Schnitt gemäß Linie XV-XV in 14;
16 eine weitere Ausführung einer Vorrichtung zur Bestimmung eines elektrophysiologischen Parameters von biologischem Zellmaterial in einer zu 10 ähnlichen Schnittdarstellung, wobei im Vergleich zu 10 zusätzliche Komponenten der Vorrichtung sowie eine zu vermessende Zelle dargestellt sind;
17 weitere Momentaufnahmen während des Betriebs der Vorrichtung nach 16;
18 schematisch ein Fusionselektrodenpaar bei der Herstellung einer zu vermessenden Fusionszelle aus einer Mehrzahl von Einzelzellen;
19 perspektivisch ein Substrat, welches zur Herstellung einer Messelektrode für eine Vorrichtung zur Bestimmung eines elektrophysiologischen Parameters von biologischem Zellmaterial zum Einsatz kommt;
20 eine Aufsicht auf das Substrat nach 19;
21 eine mithilfe des Substrats nach 19 hergestellte Messelektroden-Konfiguration;
22 ein Ablaufschema eines galvanischen Abscheideverfahrens, welches bei der Herstellung von Messelektroden für eine Vorrichtung zur Bestimmung eines elektrophysiologischen Parameters von biologischem Zellmaterial zum Einsatz kommt;
23 und 24 Momentaufnahmen bei einer galvanischen Befüllung eines Substrat-Kanals zur Herstellung einer Messelektrode für eine Vorrichtung zur Bestimmung eines elektrophysiologischen Parameters von biologischem Zellmaterial; und
25 und 26 in einer zu den 23 und 24 ähnlichen Darstellung Momentaufnahmen einer galvanischen Befüllung bei Verwendung einer weiteren Ausführung einer Substrat-Kanalkonfiguration.
Messelektroden einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bestimmung eines elektrophysiologischen Parameters von biologischem Zellmaterial sind in den 1 bis 3 dargestellt. 1 zeigt hierbei eine Aufsicht der Konfiguration von insgesamt sieben Messelektroden 1. Jede der Messelektroden 1 hat ein aus einer Isolatorschicht 2 heraustretendes freies Ende 3, welches zur Durchdringung einer Zellwand 4 (vgl. 16 bis 18) einer zu vermessenden Einzelzelle 5 (vgl. 18 links) bzw. einer zu vermessenden Fusionszelle 6 (vgl. 18 rechts) gestaltet ist. Der Elektrodenkörper der Messelektrode 1 ist aus Gold. Die Isolatorschicht 2 kann eine Schichtdicke zwischen 10 μm und 100 μm, insbesondere zwischen 10 μm und 15 μm, haben. Auch größere Schichtdicken bis in den cm-Bereich sind möglich. Bei der Isolatorschicht 2 kann es sich beispielsweise um einen insbesondere Photoresist-beschichteten Siliziumwafer handeln. Für die Isolatorschicht 2 können auch Ormocere zum Einsatz kommen.
Die Messelektroden 1 sind in einer hexagonal dichtesten Packung angeordnet. Jeder Messelektrode 1 ist eine runde Isolations-Grundscheibe 7 zugeordnet. Letztere hat am Ort des freien Endes 3 einen Isolations-Hohlkegel 8. Ein Elektrodenkörper der Messelektrode 1, der das freie Ende 3 aufweist, durchtritt die Isolatorschicht 2 in der 3 von unten her, durchtritt also einerseits die untere Lage der Isolations-Grundscheibe 7 und durchtritt andererseits den inneren Hohlraum des Isolations-Hohlkegels 8.
Der Isolation-Hohlkegel 8 hat an seinem Fuß, also dort, wo die Messelektrode 1 in die Isolation-Grundscheibe 7 übergeht, einen Durchmesser D₁ von 2 μm. Der Isolation-Hohlkegel 8 hat eine Höhe H₁ von 3 μm. Der Isolations-Hohlkegel 8 verjüngt sich zum freien Ende 3 bin. Dort, wo das freie Ende aus dem Isolations-Hohlkegel 8 austritt, hat der Isolation-Hohlkegel 8 einen Durchmesser D₂ von 1,5 μm. Das freie Ende 3 hat eine Höhe H₂ über dem Isolations-Hohlkegel 8 von 6 μm. An seinem vom Isolations-Hohlkegel 8 abgewandten Ende verjüngt sich das freie Ende 3 hin zu einer Spitze 9 mit einem spitzen Durchmesser von 100 nm.
Zwischen den Isolations-Grundscheiben 7 sind Gegenelektroden 10 angeordnet. Die Gegenelektroden 10 können mit Masse verbunden sein. Jeder der Messelektroden 1 ist eine Gegenelektrode 10 zugeordnet.
Die Isolations-Grundscheibe 7 hat beispielsweise eine Stärke von 10 μm. Der Elektrodenkörper jeder Messelektrode 1 durchtritt in der Isolatorschicht 2 daher einen Elektrodenkanal, dessen Länge sich aus der Summe der Stärke der Isolations-Grundscheibe 7 und der Höhe des Isolations-Hohlkegels 8 ergibt. Bei der Ausführung nach 3 hat der Elektrodenkanal also eine Länge von 13 μm.
Die Länge des gesamten Elektrodenkörpers der Messelektrode 1 entspricht der Länge des Elektrodenkanals zuzüglich der Länge des freien Endes 3. Im Falle der Ausführung nach 3 hat der Elektrodenkörper der Messelektrode 1 eine Länge von 19 μm.
Die 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführung von Messelektroden. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend schon unter Be zugnahme auf die 1 bis 3 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Im Unterschied zur Ausführung nach den 1 bis 3 liegen bei der Ausführung nach den 4 und 5 keine Isolation-Grundscheiben konstanter Stärke vor. Die Isolations-Hohlkegel 8 von Messelektroden 11 der Ausführung nach den 4 und 5 werden zunächst von runden Isolations-Scheibenabschnitten 12 umgeben. Letztere werden wiederum umgeben von Isolationswülsten 13 mit angenähert dreieckigem Wulstquerschnitt (vgl. 5). Bereiche maximaler Stärke der Isolationswülste 13 liegen höher als die Spitzen 9 der Messelektroden 11. Zwischen den Isolationswülsten 13 benachbarter Messelektroden 11 liegen die Gegenelektroden 10. Aufgrund der Form der Isolationsscheibenabschnitte 12 und der Isolationswülste 13 um die Isolations-Hohlkegel 8 ergibt sich bei der Ausführung nach den 4 und 5 eine wannenförmige Vertiefung 14 in der Isolatorschicht 2, wobei im Zentrum der wannenförmigen Vertiefung 14 jeweils die Messelektrode 11 angeordnet ist. Ein Durchmesser D_w jeder wannenförmigen Vertiefung 14 beträgt etwa 20 μm und entspricht dem Durchmesser des zu vermessenden biologischen Zellmaterials. Soweit Einzelzellen vermessen werden sollen, ist bei einer entsprechenden weiteren Ausführungsform dieser Durchmesser der wannenförmigen Vertiefungen 14 kleiner. Die Gegenelektroden 10 sind benachbart zu den Isolationswülsten 13, also benachbart zu einem Rand der wannenförmigen Vertiefung 14 angeordnet.
Der Aufbau der Elektrodenkörper entspricht bei der Ausführung nach den 4 und 5 dem der Ausführung nach den 1 bis 3.
Messelektroden 11 mit wannenförmigen Vertiefungen 14 entsprechend denen, die vorstehend im Zusammenhang mit den 4 und 5 erläutert wurden, können auch zeilen- und spaltenweise rasterartig angeordnet und durch nach Art eines Gitternetzes angeordnete Gegenelektroden voneinander getrennt sein. Eine solche Rasteranordnung kann beispielsweise auf einem Wafer, insbesondere aus Silizium, aufgebracht sein. Die Anordnung der Messelektroden 11 entspricht dann der Anordnung von Chipstrukturen auf einem Wafer bei der Herstellung mikrostrukturierter Schaltkreise. Der Wafer hat beispielsweise einen Durchmesser von 4 Zoll, also von 10,16 cm.
6 bis 8 zeigen eine weitere Ausführung von Messelektroden. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend schon unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Anstelle eines einzelnen Elektrodenkörpers pro Isolations-Grundscheibe 7 liegen bei der Ausführung nach den 6 bis 8 pro Isolations-Grundscheibe 7 jeweils sieben Elektrodenkörper als Messelektroden-Packung 15 in einer hexagonal dichtesten Anordnung vor. Jede Messelektroden-Packung 15 ist dabei mittig in der ihr zugeordneten Isolations-Grundscheibe 7 angeordnet. Sämtliche sieben Messelektroden 16 einer solchen Messelektroden-Packung 15 sind zur Durchdringung der gleichen Zellmaterial-Wand 4 vorgesehen. Bei der Ausführung nach den 6 bis 9 sind die Isolations-Hohlkegel 8 sowie die Elektrodenkörper der einzelnen Messelektroden 16 anders dimensioniert als bei der Ausführung nach den 1 bis 5. An seiner Basis hat der Isolations-Hohlkegel 8 bei der Ausführung nach den 6 bis 8 einen Durchmesser D₁ von 2 μm. An seinem verjüngten freien Ende hat der Isolations-Hohlkegel 8 der Ausführung nach den 6 bis 8 eine größere Wandstärke als der Hohlkegel 8 nach den 1 bis 5, so dass der Durchmesser D₂ des austretenden freien Endes 3 des E lektrodenkörpers an dieser Stelle 1 μm beträgt. Der Isolation-Hohlkegel 8 hat bei der Ausführung nach den 6 bis 8 eine Höhe von 3 μm. Das freie Ende 3 der Messelektrode 1 hat bei der Ausführung nach den 6 bis 8 eine Höhe von 3 μm und verjüngt sich bis zu einer freien Spitze 9 mit einem Durchmesser von 100 nm.
Eine weitere Ausführung von Messelektroden ist in den 9 und 10 dargestellt. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend schon unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Auch bei der Ausführung nach den 9 und 10 liegen Messelektroden-Packungen 15 wie bei der Ausführung nach den 6 bis 8 vor. Die Messelektroden-Packungen 15 sind mittig in einem Isolations-Scheibenabschnitt 12, wie bei der Ausführung nach den 4 und 5, angeordnet. Jeder Isolation-Scheibenabschnitt 12 ist wiederum von einer Isolationswulst 13 umgeben. Die Dimensionen der resultierenden wannenförmigen Vertiefung 14, also Durchmesser und Tiefe, entsprechen wieder denjenigen der Ausführung nach den 4 und 5. Auch bei der Ausführung nach den 9 und 10 sind die Abschnitte maximaler Stärke der Isolationswülste 13 höher als die Messelektroden 16. Die Elektrodenkörper sowie die Hohlkegel 8 sind bei der Ausführung nach den 9 und 10 genauso dimensioniert wie bei der Ausführung nach den 6 bis 8.
11 bis 13 zeigen eine weitere Ausführung von Messelektroden. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend schon unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Die Ausführung nach den 11 bis 13 unterscheidet sich von denjenigen nach den 1 bis 3 durch die Ausformung der Elektrodenkörper von Messelektroden 17 und durch die an diese angepasste Ausformung von in ihrer Funktion den Isolation-Hohlkegeln entsprechenden Isolations-Hohlelementen 18.
Die Elektrodenkörper der Messelektroden 17 sowie die Isolations-Hohlelemente 18 sind in Aufsicht kreuzförmig. Freie Enden 19 der Elektrodenkörper haben entsprechend einen sich zur Spitze 9 hin verjüngenden kreuzförmigen Querschnitt. Beim freien Ende 19 liegen also vier kreuzförmig zueinander angeordnete Elektrodenkanten 20 vor. Auch innerhalb der Isolation-Hohlelemente 18 hat der Elektrodenkörper eine sich hin zu seiner von der Spitze 9 abgewandten Basis kontinuierlich erweiternden kreuzförmigen Querschnitt. Das Isolation-Hohlelement 18 hat einen hierzu komplementären inneren Hohlraum und eine hierzu wiederum komplementäre äußere kreuzförmige Gestalt mit vier kreuzförmig zueinander angeordneten Hohlelementkanten 21.
Die Elektrodenkanten 20 laufen in Graten mit einer typischen Dimension von 100 nm aus. Auch die Spitze 9 hat einen typischen Durchmesser von 100 nm.
Die maximale Querschnittserstreckung des Isolations-Hohlelements 18 an seiner in die Isolations-Grundscheibe 7 übergehenden Basis, also die Seitenlänge der Kreuzstruktur, beträgt E₁ = 4,5 μm. Die Höhe H₁ der Isolations-Hohlelemente 18 beträgt 3 μm. Die Höhe H₂ der freien Enden 19 beträgt 4 μm. Dort, wo das freie Ende 19 in das Isolations-Hohlelement 18 eintaucht, hat das freie Ende 19 eine maximale Seitenlängen-Erstreckung E₂ von 2 μm.
14 und 15 zeigen eine weitere Ausführung von Messelektroden. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 13 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Die Ausführung nach den 14 und 15 hat die Messelektroden 17 entsprechend denen der Ausführung nach den 11 bis 13 kombiniert mit den wannenförmigen Vertiefung 14 der Ausführungen nach den 4 und 5 bzw. 9 und 10.
16 und 17 zeigen weitere Details einer Vorrichtung zur Bestimmung eines elektrophysiologischen Parameters von biologischem Zellmaterial zusammen mit einer weiteren Ausführung einer Messelektroden-Packung. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehen schon unter Bezugnahme auf die 1 bis 15 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Die Messelektroden-Packung 22 der Ausführung nach den 16 und 17 ist ebenfalls in Form einer hexagonal dichtesten Packung ausgeführt, wobei im Schnitt nach den 16 und 17, der z. B. der Schnittebene der 10 entspricht, fünf Messelektroden 23 sichtbar sind. Elektrodenkörper 24, die aufgrund der Lage der Schnittebene in den 16 und 17 vollständig dargestellt sind, durchtreten einen Isolation-Scheibenabschnitt 25, der dem Isolation-Scheibenabschnitt 12 der Ausführung nach den 5 und 10 entspricht. Auf einer den freien Enden 3 abgewandten Seiten sind die Elektrodenkörper 24 der Messelektroden 23 mit einer gemeinsamen Elektroden-Basisschicht 26 elektrisch leitend verbunden. Die typischen Dimensionen der Elektrodenkörper 24 entsprechen denen, die vorstehend schon un ter Bezugnahme auf die Elektrodenkörper der Messelektroden der Ausführungen nach den 1 bis 15 erläutert wurden.
Eine wannenförmige Vertiefung 27, die in ihrer Funktion der wannenförmigen Vertiefung 14 der Ausführungen nach den 5 und 10 entspricht, ist als Ausnehmung in der ansonsten eine größere und konstante Stärke aufweisenden Isolatorschicht 2 ausgeführt. Die Ausführung nach den 16 und 17 hat also keine Isolationswülste 13 wie die Ausführungen nach den 5, 10 und 15. Auch bei der Ausführung nach den 16 und 17 sind Gegenelektroden 28 benachbart zu einem Rand der wannenförmigen Vertiefung 27 in diesem Fall auf dem starken Schichtabschnitt der Isolatorschicht 2 angeordnet.
Die Elektroden-Basisschicht 26 ist gleichzeitig Teil eines Fusionselektrodenpaars 29 zur Herstellung von Fusionszellen 6. Eine zweite Fusionselektrode 30 des Fusionselektrodenpaars 29 ist, wie in den 16 und 17 dargestellt, fluchtend oberhalb zur Elektroden-Basisschicht 26 in einem Abstand von etwa 100 μm angeordnet. Die Elektroden 26, 30 des Fusionselektrodenpaars 29 stehen über eine Spannungsquelle 32 miteinander in Verbindung.
Anhand der 16 bis 18 wird nachfolgend ein Verfahren zur Vermessung einer Fusionszelle 6 mithilfe einer insgesamt in den 16 und 17 dargestellten Messvorrichtung 31 zur Bestimmung eines elektrophysiologischen Parameters von biologischem Zellmaterial beschrieben. Anstelle der in den 16 und 17 dargestellten Mess- und Gegenelektrodenkonfiguration kann auch eine der Elektrodenkonfigurationen vorgesehen sein, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 15 schon beschrieben wurde.
Zunächst wird eine Mehrzahl von Einzelzellen 5 zwischen den Elektroden 26, 30 des Fusionselektrodenpaares 29 bereitgestellt.
Anschließend wird zwischen den Elektroden 26, 30 ein modulierter Spannungsimpuls über die Spannungsquelle 32 angelegt. In der Folge kommt es zu einer Elektrofusion der Einzelzellen 5 zur Fusionszelle 6. Zwischen den Messelektroden 23 und den Gegenelektroden 28 liegt ein inhomogenes elektrisches Feld 33 vor. Letzteres übt auf die Fusionszelle 6 eine dielektrophoretische Kraft aus, die die Fusionszelle 6 in Richtung auf die Messelektroden-Packung 22 zu zieht, wie in der 16 durch einen Richtungspfeil 34 dargestellt. Als Folge dieser dielektrophoretischen Kraftwirkung werden spezifische Transportproteine 35 in der Zellwand bzw. Zellmembran 4 hin zur Fusionselektrode 30 ausgerichtet. Unterstützend kann auch eine hydrostatische Kraft in Richtung der dielektrophoretischen Kraft 34 wirken. Nach dem Kontakt der Zellwand 4 mit den Spitzen der freien Enden 3 der Messelektroden 23 kommt es zunächst zu einer Deformation der Fusionszelle 6. Anschließend kommt es zu einem Anheften der Fusionszelle 6 auf die Messelektroden 23, so dass die gesamten isolationsfreien freien Enden 3 der Messelektroden 23 die Zellwand 4 der Fusionszelle 6 durchdringen, wie in der 17 dargestellt.
Die Zellwand 4 liegt in dieser Anheft-Stellung dicht am durch die wannenförmige Vertiefung 27 gebildeten Boden der Isolatorschicht 2 an, was zur Ausbildung eines GΩ-Widerstand zwischen den Messelektroden 23 und den Gegenelektroden 28 führt. Nun kann das elektrische Potential zwischen den Messelektroden 23 und den Gegenelektroden 28 gemessen werden, welches vom zu bestimmenden elektrophysiologischen Parameter der Fusionszelle 6 abhängt.
Anstelle der Gegenelektroden 28 kann auch die Fusionselektrode 30 die Funktion einer Gegenelektrode für die Elektroden-Basisschicht 26 darstellen. In diesem Fall kann auf die Gegenelektroden 28 auch verzichtet werden.
Nachfolgend werden insbesondere unter Bezugnahme auf die 19 bis 26 Verfahren zur Herstellung von Messelektroden, also insbesondere zur Herstellung der Messelektroden 1, 11, 16, 17 und 23 der Ausführung nach den 1 bis 17 erläutert.
Zunächst wird ein Substrat 36 bereitgestellt, das ausschnittsweise perspektivisch in der 19 dargestellt ist. Das Substrat hat im Regelfall eine Vielzahl von Kanälen 37 senkrecht zu einer Substratebene. Das Substrat 36 ist aus isolierendem Material. Hierbei kann es sich um eine nanoporöse Polymerfolie handeln. Auf eine Seite des Substrats, die in der 22 unten dargestellt ist, wird nun eine Sputterschicht 38 aufgetragen. Die Sputterschicht 38 bedeckt die Oberfläche des Substrats 36, ohne die Kanäle 37 zu verschließen. Die Schicht 38 kann durch Physical Vapor Deposition (PVD) aufgebracht werden. Die Schicht 38 kann sich in der 22 von unten her noch ein Stück weit in die Kanäle 37 hinein erstrecken.
Nun werden die Kanäle 37 mit Elektrodenmaterial 39 befüllt, was beim Herstellungsbeispiel nach den 19 bis 26 durch Galvanisieren erfolgt. Fließfähiges Elektrodenmaterial 39 wird hierzu von der sputterschichtseitigen Seite des Substrats 36 her bereitgestellt. Ein initiales galvanisches Abscheiden des Elektrodenmaterials 39 in den Kanälen 37 kann durch Aufbringen einer den Kanal 37 auf der der Sputterschicht 38 abgewandten Seite verschließenden dünnen Metallschicht begünstigt werden, die nach dieser initialen galvanischen Abscheidung wieder entfernt wird. Nach dem galvanischen Befüllen der Kanäle 37 und Aushärten des Elektrodenmaterials 39 wird das Substrat auf der Seite, die der Sputterschicht 38 abgewandt ist, definiert abgetragen, bis die Isolatorschicht 2 in der Form entstanden ist, die vorstehend im Zusammenhang mit den 1 bis 17 erläutert wurde. Je nach Anzahl der Kanäle 37 ergibt sich dann eine der Messelektroden-Konfigurationen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 17 erläutert wurden. Wenn sehr viele, dicht gepackte Kanäle 37 im Substrat 36 vorliegen, kann eine Messelektroden-Packung 40 mit entsprechend vielen, dicht gepackten einzelnen Messelektroden 41 resultieren, die in der 22 unten dargestellt ist. Die Messelektroden 41 haben eine Länge zwischen 15 und 20 μm. Der Überstand H₁ + H₂ des freien Endes 3 über die Isolatorschicht 2 beträgt 6 μm.
Nach Bedarf kann das Substrat 36 auch vollständig abgetragen werden. In diesem Fall wird die Isolatorschicht 2 nach dem Abtragen des Substrats 36 aufgetragen.
Das Abtragen des Substrats 36 kann durch Laserablation und/oder durch chemisches Ätzen erfolgen.
Die Kanäle 37 haben einen Durchmesser, der in einem Bereich vorgeben kann zwischen 10 nm und 5 μm. Die Dichte der Kanäle 37 kann variiert werden zwischen einzelnen Kanälen 37 pro cm² und bis zu 10⁸ Kanälen 37 pro cm². Als fließfähiges Elektrodenmaterial 39 werden insbesondere die bekannten primär abscheidbaren Materialien, wie Metalle und elektrisch leitfähige Polymere eingesetzt. Als Metalle werden insbesondere Gold, Silber und Platin bzw. deren Metallsalze eingesetzt. Als leitfähige Polymere, also als Polymere mit intrinsischer elektrischer Leitfähigkeit kommen beispielsweise geeignet dotierte halbleitende Polymere zum Einsatz. Geeignet sind Polymere mit ausgedehntem π-Elektronensystem, z. B. Poly(acetylen), Poly(p-phenylen), Poly(thiophen)e oder Poly(pyrrol). Sie können auch durch elektrochemische Polymerisation hergestellt werden, wie z. B. leitfähige Poly(pyrrol)-Folien, die durch anodische Polymerisation von Pyrrol in einer wässrigen Lösung von Leitsalzen gebildet werden. Beim Abtragen des Substrats 36 entstehen die Isolation-Hohlkegel bzw. Isolation-Hohlelemente, zum Beispiel die Isolation-Hohlkegel 8 nach 3.
In den 23 bis 26 sind zwei verschiedene Galvanisierungs-Befülltechniken für die Kanäle 37 schematisch dargestellt. Bei dieser Darstellung sind in der Isolatorschicht 2 beispielsweise durch Abtragen bereits Hohlkegel 8 ausgebildet.
Bei der Ausführung nach den 23 und 24 ist der Auftrag der Sputterschicht 38 so, dass sich der Kanal 37 in der Sputterschicht 38 ohne nennenswerte Durchmesservariation fortsetzt. Beim Galvanisieren erreicht das fließfähige Elektrodenmaterial 39 nur etwa die halbe Höhe im Kanal 37, so dass zur Schaffung eines freien Endes 3 einer Messelektrode der Isolations-Hohlkegel 8 noch weiter abgetragen werden muss.
Bei der Ausführung nach den 25 und 26 erweitert sich der Kanal 37 in der Sputterschicht 38 über einen Trichter-Kanalabschnitt 42. Daher kann das Elektrodenmaterial beim Galvanisieren leichter in den Kanal 37 eindringen und den Kanal 37 bis zu seinem in der 26 oberen Ende ausfüllen, was das Ausbilden des freien Endes 3 der Messelektrode erleichtert.
Der Elektrodenkanal 37 hat in der Ausführung nach den 23 bis 26 jeweils eine Höhe von etwa 35 bis 40 μm.
Bei der galvanischen Befüllung der Kanäle 37 kann das Substrat in einen Galvanikrahmen eingespannt und in ein Galvanikbad eingebracht werden. Anschließend wird ein Stromfluss aktiviert und, ausgehend von einer geringen Stromstärke langsam hochgeregelt. Es kommt dann zur Abscheidung des fließfähigen Elektrodenmaterials 39, also beispielsweise metallischen Goldes, im Kanal 37 in den 23 bis 26 von unten nach oben. Langsames Erhöhen der Stromstärke führt zu einem Wachstum des Elektrodenmaterials 39 im Kanal 37 weiter nach oben, so dass der Kanal zur Ausbildung von nadelförmigen Messelektroden ausgefüllt wird.
Der Elektrodenkanal 37 muss innerhalb des Isolation-Hohlkegels 8 nicht auf jeder Höhe den gleichen Durchmesser aufweisen. So ist es beispielsweise möglich, dass der Elektrodenkanal 37 dort, wo er im Bereich der Spitze des Isolation-Hohlkegels 8 aus diesem ausmündet, einen geringeren Durchmesser aufweist. Dies ist in der 23 gestrichelt am Beispiel einer spitzenseitigen konischen Verjüngung 43 des Elektrodenkanals 37 dargestellt. Entsprechend dieser konischen Verjüngung 43 ist komplementär hierzu dann das in den derart ausgebildeten Elektrodenkanal 37 eingefüllte Elektrodenmaterial 39 geformt. Es resultiert eine auf diese Weise galvanisch hergestellte Messelektrode 1 mit einer sich konisch verjüngenden Spitze 9, die vergleichbar zu derjenigen geformt ist, die in der 3 dargestellt ist.
Auch alternative Verfahren zur Herstellung von Messelektroden, die in ihrer Funktion den Messelektroden 1, 11, 16, 17, 23 oder 41 entsprechen, sind möglich. Das Befüllen des Substrats 36 kann beispielsweise auch durch Einschieben eines dünnen, insbesondere nano- oder mikroskaligen Drahtes aus Elektrodenmaterial in den Kanal 37 oder die Kanäle 37 erfolgen.
Das Substrat 36 kann auch hergestellt werden durch Bereitstellung eines für eine Strukturierstrahlung fotosensitiven Roh-Substrates aus isolierendem Material. Es erfolgt dann ein Bestrahlen einer der Form des mindestens einen Kanals 37 entsprechenden Struktur des Substrats mit der Strukturierstrahlung. Nach dem Bestrahlen wird die bestrahlte Struktur noch ggf. ausgehärtet.
Alternativ kann ein dem Substrat 36 entsprechendes Substrat auch hergestellt werden, indem ein Roh-Substrat aus isolierendem Material mechanisch bearbeitet wird, so dass der mindestens eine Kanal 37 mechanisch in das Substrat, zum Beispiel durch Bohren oder Fräsen eingearbeitet wird.
Bei einer weiteren Variante eines Herstellungsverfahrens zur Herstellung von Messelektroden, die in ihrer Funktion den vorstehend beschriebenen Messelektroden 1, 11, 16, 17, 23, 41 entsprechen, kann ein für eine Strukturierstrahlung fotosensitives Substrat aus Elektrodenmaterial bereitgestellt und es kann eine der Form der Messelektrode entsprechende Struktur dieses Substrates mit der Strukturierstrahlung bestrahlt werden, wonach die bestrahlte Struktur ggf. ausgehärtet wird. Anschließend wird eine Isolatorschicht auf die Struktur aufgebracht, so dass nur noch freie Enden der hergestellten Struktur, also die freien Enden der Messelektroden, über die Isolatorschicht überstehen.
Im Rahmen der Herstellung der vorstehend beschriebenen Messelektroden kann die Isolatorschicht 2 nach dem Einbringen der Elektrodenkörper noch thermisch behandelt werden, was die Isolation der Isolatorschicht 2 verbessert.
Eine solche Bestrahlungs-Strukturierung kann beispielsweise durch Zwei-Photonen-Polymerisation erfolgen. Dabei kommen Laserimpulse im nahen Infrarotbereich zum definiert strukturierten Aushärten eines beispielsweise in Lösung vorliegenden fotosensitiven Substrats, zum Beispiel eines Ormocers, zum Einsatz. Durch gezieltes, insbesondere schichtweises Aushärten kann dabei stufenweise der Aufbau dreidimensionaler Strukturen, also der Messelektroden-Konfiguration, erfolgen.
Auch Elektro-Plating kann zum Befüllen der Kanäle 37 zum Einsatz kommen.
Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Formen von Messelektroden-Packungen können in Form jeweils zusammengefasster Fakir-Elektroden oder in Form von Elektrodenarrays elektrisch verschaltet sein. Bei einer Verschaltung als Fakir-Elektrode liegt die Messelektroden-Packung als eine einzige Packungs-Elektrode mit nanostrukturierter Oberfläche vor, die über mehrere Spitzen 9 verfügt. Bei der Verschaltung als Elektrodenarray können die einzelnen Messelektroden 1 einer Messelektroden-Packung parallel, also unabhängig voneinander, elektrisch abgegriffen werden. Dieser parallele Abgriff ermöglicht die Messung von Potentialwerten der verschiedenen Einzelelektroden der Messelektroden-Packung, so dass eine Gesamtmessung erzeugt werden kann, die eine Mittelung über die Messergebnisse der einzelnen Messelektroden 1 der Messelektroden-Packung darstellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2007/003398 A2 [0002]
- WO 2007/003399 A2 [0002]
- US 2004/0146849 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung (31) zur Bestimmung eines elektrophysiologischen Parameters von biologischem Zellmaterial – mit mindestens einer Messelektrode (1; 11; 16; 17; 23; 41), die ein aus einer Isolatorschicht (2) heraustretendes freies Ende (3) aufweist, das zur Durchdringung einer Zellmaterial-Wand (4) gestaltet ist, – mit mindestens einer der Messelektrode (1; 11; 16; 17; 23; 41) zugeordneten Gegenelektrode (10; 28), dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektrodenkörper der Messelektrode (1; 11; 16; 17; 23; 41) die Fortsetzung eines in der Isolatorschicht (2) ausgebildeten Elektrodenkanals (37) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektroden (1; 11; 16; 17; 23; 41) als Messelektroden-Packung (15; 22; 40) mit mindestens zwei Messelektroden (1; 11; 16; 17; 23; 41) dicht gepackt vorliegen, so dass sämtliche Messelektroden (1; 11; 16; 17; 23; 41) einer Messelektroden-Packung (15; 22; 40) zur Durchdringung der gleichen Zellmaterial-Wand (4) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektroden-Packung (15; 22; 40) mindestens drei, bevorzugt mindestens vier, mehr bevorzugt mindestens fünf, noch mehr bevorzugt mindestens zehn Messelektroden (1; 11; 16; 17; 23; 41) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkanal (37) eine Länge im Bereich zwischen 1 μm und 40 μm, insbesondere zwischen 15 μm und 40 μm hat.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkanal eine Länge von 15 μm bis 20 μm hat.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkanal eine Länge von 35 μm bis 40 μm hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende (3) der Messelektrode (1; 11; 16; 17; 23; 41) einen Überstand über die Isolatorschicht (2) im Bereich zwischen 6 μm und 8 μm hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkanal einen Durchmesser im Bereich zwischen 10 nm und 5 μm hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkanal (37) an einer Basis des freien Endes (3) der Messelektrode (1; 11; 16; 17; 23; 41) einen Durchmesser im Bereich zwischen 1 μm und 4 μm, insbesondere einen Durchmesser von 3 μm hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkanal (37) im Querschnitt senkrecht zu ihrer Längserstreckung kreuzförmig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuzstruktur im Querschnitt senkrecht zur Längserstreckung der Messelektroden eine Seitenlänge im Bereich von 2 μm bis 10 μm hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkanal (37) sich auf einer dem freien Ende (3) der Messelektrode (1; 11; 16; 17; 23; 41) abgewandten Seite trichterförmig (42) erweitert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkanal (37) sich auf einer dem freien Ende (3) der Messelektrode (1; 11; 16; 17; 23; 41) zugewandten Seite verjüngt, insbesondere konisch verjüngt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolatorschicht (2) benachbart zum freien Ende (3) der Messelektrode (1; 11; 16; 17; 23; 41) als Hohlelement (8; 18) ausgeführt ist, durch welches der Elektrodenkanal (37) verläuft und welches sich vom freien Ende (3) der Messelektrode (1; 11; 16; 17; 23; 41) hin zu einer Basis-Isolatorschicht erweitert.
Verfahren zur Herstellung einer Messelektrode (1; 11; 16; 17; 23; 41) für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Substrats (36), welches mindestens einen Kanal (37) senkrecht zu einer Substratebene aufweist, insbesondere aus isolierendem Material, – Befüllen des Kanals (37) mit Elektrodenmaterial (39) und gegebenenfalls Abtragen des Substrats (36), bis das freie Ende (3) des Elektrodenmaterials (39) über die Isolatorschicht (2) übersteht.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Befüllen des Kanals (37) folgendermaßen erfolgt: – Aufbringen einer metallischen Beschichtung (38) auf dem Substrat (36), wobei die metallische Beschichtung (38) eine mit dem Kanal (37) fluchtende Öffnung aufweist, – galvanisches Befüllen des Kanals (37) mit fließfähigem Elektrodenmaterial (39), – Aushärten des Elektrodenmaterials (39), – Abtragen der Isolatorschicht (2), bis das freie Ende (3) des Elektrodenmaterials (39) über die Isolatorschicht (2) übersteht.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtragen durch Laserablation erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtragen durch chemisches Ätzen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Befüllen des Substrats (36) erfolgt durch ein Einschieben eines Drahtes aus Elektrodenmaterial in den Kanal (37).
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (36) folgendermaßen bereitgestellt wird: – Bereitstellen eines für eine Strukturierstrahlung fotosensitiven Roh-Substrates, insbesondere aus isolierendem Material, – Bestrahlen einer der Form des mindestens einen Kanals (37) entsprechenden Struktur des Substrates (36) mit der Strukturierstrahlung.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die bestrahlte Struktur nach dem Bestrahlen ausgehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (36) folgendermaßen bereitgestellt wird: – Bereitstellen eines Roh-Substrates, insbesondere aus isolierendem Material, – mechanisches Einarbeiten des mindestens einen Kanals (37) in das Substrat.
Verfahren zur Herstellung einer Messelektrode (1; 11; 16; 17; 23; 41) für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines für eine Strukturierstrahlung fotosensitiven Substrates aus Elektrodenmaterial, – Bestrahlen einer der Form der Messelektroden (1; 11; 16; 17; 23; 41) entsprechenden Struktur des Substrates mit der Strukturierstrahlung, – Aufbringen einer Isolatorschicht (2) auf die Struktur, so dass ein freies Ende (3) der bestrahlten Struktur über die Isolatorschicht (2) übersteht.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bestrahlen der Struktur mit der Strukturierstrahlung die bestrahlte Struktur ausgehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24 unter Verwendung eines Substrats (36) aus Isolatormaterial, gekennzeichnet durch ein thermisches Behandeln des Isolatorschicht-Substrats nach dem Einbringen der Messelektroden (1; 11; 16; 17; 23; 41).
Verfahren zur Vermessung einer Zelle (5; 6) mithilfe einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 mit folgenden Schritten: – Anheften der Zelle (5; 6) auf die Messelektrode (1; 11; 16; 17; 23; 41), so dass die gesamten isolationsfreien Elektrodenspitzen (9) die Zellmaterial-Wand (4) durchdringen, – Messen des elektrischen Potentials zwischen der Messelektrode (1; 11; 16; 17; 23; 41) und der Gegenelektrode (10; 28).
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Anheften erfolgt durch Erzeugung einer dielektrophoretischen Anziehungskraft (34) zwischen der Messelektrodenpackung (22) und der Zelle (5; 6).