Diamond-based Platforms for Long-term Growth and Investigations of Neurons

用于神经元长期生长和研究的金刚石平台

基本信息

  • 批准号:
    251234513
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Research Grants
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2013-12-31 至 2016-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The recent development of neurosciences creates an ever increasing demand to the properties and functionalities of materials and devices used for the study of fully organized neuronal networks and their activity. They should provide good and fast attachment of the neurons without the application of extracellular matrix proteins and should not degrade with the time upon contact with the biological system thus allowing long-term measurements. Diamond in the form of thin films is a perspective candidate for such applications due to its outstanding mechanical, optical, electrical, chemical, and bio-properties. This research proposal aims at the preparation of platforms based on ultrananocrystalline diamond (UNCD) films for the long-term growth of functional neuronal networks and their electrophysiological investigations. The UNCD films which are composed of diamond nanocrystallites (ca. 5 nm) embedded in amorphous carbon matrix combine the extreme diamond properties with a rather smooth topography and include nanostructures which will enhance the fast and good adhesion of the neurons. During this work multilayers of ultrananocrystalline diamond and metal structures will be deposited on glass substrates with a transparency allowing the microscopical observation of the neuron positioned on the platforms from the backside combined with, for example, fluorescence imaging from the top. As a next step, from these layers the metal tracks for recording the neuron activity and the UNCD for the contact pads for the neurons will be structured applying lithography and etching. Since the surface plays an extremely important role in the interactions with cells various modifications of the UNCD surface by plasma or photochemical processes will be applied, followed by patterning of the surface termination. For the investigation of the biocompatibility and functionality of the layer systems two types of neurons will be used, namely pacemaker neurons of the cockroach Rhypharobia maderae and olfactory receptor neurons from the tobacco hornworm Manduca sexta which serve as models for the investigation of the spontaneous electrical activity and the directional growth of developing neuronal networks, respectively, both aiming at long-term studies, not achieved till now with other materials.
神经科学的最新发展对用于研究完全组织的神经元网络及其活动的材料和设备的特性和功能提出了日益增长的需求。它们应该在不应用细胞外基质蛋白的情况下提供神经元的良好和快速的附着,并且不应该随着与生物系统接触的时间而降解,从而允许长期测量。薄膜形式的金刚石因其出色的机械、光学、电学、化学和生物性能而成为此类应用的前景候选者。该研究计划旨在制备基于超纳米晶金刚石(UNCD)薄膜的平台,用于功能神经元网络的长期生长及其电生理学研究。 UNCD 薄膜由嵌入无定形碳基质中的金刚石纳米微晶(约 5 nm)组成,将极端的金刚石特性与相当光滑的形貌相结合,并包含纳米结构,可增强神经元的快速和良好的粘附力。在这项工作中,多层超纳米晶金刚石和金属结构将沉积在具有透明度的玻璃基板上,从而可以从背面对位于平台上的神经元进行显微镜观察,并结合从顶部进行荧光成像等。下一步,将通过光刻和蚀刻从这些层中构建用于记录神经元活动的金属轨道和用于神经元接触垫的 UNCD。由于表面在与细胞的相互作用中起着极其重要的作用,因此将通过等离子体或光化学过程对UNCD表面进行各种修饰,然后对表面终止进行图案化。为了研究层系统的生物相容性和功能,将使用两种类型的神经元,即蟑螂 Rhypharobia maderae 的起搏神经元和烟草天蛾 Manduca sexta 的嗅觉受体神经元,它们作为研究自发电活动的模型以及发育中的神经网络的定向生长,两者都旨在进行长期研究,迄今为止其他材料尚未实现。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Plasma surface fluorination of ultrananocrystalline diamond films
超纳米晶金刚石薄膜的等离子体表面氟化
  • DOI:
    10.1016/j.surfcoat.2016.06.029
  • 发表时间:
    2016-09-25
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    W. Kulisch;A. Voss;D. Merker;J. Reithmaier;R. Merz;M. Kopnarski;C. Popov
  • 通讯作者:
    C. Popov
Strong attachment of circadian pacemaker neurons on modified ultrananocrystalline diamond surfaces.
昼夜节律起搏器神经元在改性超纳米晶金刚石表面上的牢固附着。
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  • 资助金额:
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