Bio-Neuro-Chip kommuniziert mit lebenden Nervenzellen

11. Februar 2003, 15:49
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16.400 Sensoren auf einem Quadratmillimeter Chip-Fläche

Das Max-Planck-Institut für Biochemie hat in Kooperation mit Infineon Technologies einen Bio-Neuro-Chip entwickelt. Mit dem Bio-Sensorchip kann ein direkter Kontakt zu lebenden Nervenzellen hergestellt werden.

Biomedizin, Biotechnologie und Hirnforschung

Der Chip nimmt dabei die elektrischen Signale der Nervenzellen und Zellverbände auf, verarbeitet sie und schickt sie an ein Computersystem. Einsatzmöglichkeiten der elektronischen Analyse lebender Nervenzellen liegen in der Biomedizin, der Biotechnologie und in der Hirnforschung.

Der Neuro-Chip integriert auf einer Fläche von lediglich einem Quadratmillimeter 128 x 128 Sensoren (insgesamt 16.384). Unter jedem Sensor sind hochempfindliche elektronische Schaltungen integriert, mit denen die extrem schwachen elektrischen Signale der Nervenzellen nach Angaben von Infineon verstärkt und aufbereitet werden. "Die zu untersuchenden Nervenzellen werden direkt auf dem Sensorfeld am Leben gehalten", erklärte eine Infineon-Unternehmenssprecherin gegenüber pte. Dort können sie wieder zu neuronalen Netzen zusammenwachsen. Da die Zellen durch die Messungen nicht verletzt werden, kann das Nervengewebe wochenlang beobachtet werden. Neurobiologen erhalten so einen kontinuierlichen Einblick in die Funktionsweise von Lernvorgängen und Abläufen im Gehirn.

Mehrere Zellen parallel

Anders als bislang vermisst der Neuro-Chip auf seinem Sensorfeld mehrere Zellen parallel. Dadurch fallen statistisch signifikante Daten in deutlich kürzerer Zeit an. Zusätzlich kann der Neuro-Chip den Ablauf elektrischer Aktivitäten in neuralem Gewebe festhalten. Die Sensordichte ist fast 300 Mal größer als die konkurrierenden Systeme, die z.B. auf Glas aufgedampfte Metallbahnen zur Kontraktierung von Nervenzellen einsetzen. "Die Nervenzellen können an beliebigen Positionen des Sensorfeldes ohne Probleme platziert werden", so die Sprecherin.

Pro Sekunde nimmt der Chip mehr als 2.000 Einzelwerte für jeden der rund 16.400 Sensoren auf, die in ihrem zeitlichen Verlauf als farbiges Gesamtbild dargestellt werden. Damit können die Forscher erkennen, wie ganze Zellverbände über einen festgelegten Zeitraum auf elektrische Stimulation oder bestimmte Substanzen reagieren.(pte)

  • Artikelbild
    foto: infineon
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