Elektrodenfeld für die zweidimensionale Charakterisierung nanostrukturierter Materialien

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Multielektrodenfelder (MEA) spielen sowohl in den Lebenswissenschaften als auch in der Materialwissenschaft eine zunehmende Rolle. Während zunächst passive Elektrodenfelder über Leitungen an den Rändern kontaktiert und über Multiplexer angesprochen wurden, setzen sich zunehmend auf CMOS-Basis konzipierte Lösungen mit zehntausenden Einzelkanälen und hoher Auslesegeschwindigkeit durch. Dabei ist die Zuordnung von stimulierenden und auslesenden Elektroden oft nicht fixiert, sondern kann den Messaufgaben angepasst werden. Die Messung eines Impedanzspektrums ist dabei normalerweise nicht vorgesehen. Für diesen Zweck wurde ECIS (Electric Cell-substrate Impedance Sensing) entwickelt wobei die einzelnen Elektroden über Multiplexer angesprochen werden. Spezielle integrierte Schaltungen mit vergleichsweise wenigen Elektroden (<100) existieren ebenfalls, sind aber nicht kommerziell erhältlich. Hier zeigen wir eine Möglichkeit, innerhalb von weniger als einer Sekunde, das Impedanzspektrum an 10.000 Einzelelektroden im Bereich von 1 kHz – 5 MHz aufzunehmen. Dabei kommt eine im Zeitbereich arbeitende Methode zum Einsatz, bei der die Sprungantwort zu einem diskreten Zeitpunkt an allen Kanälen gleichzeitig abgetastet wird. Für die Berechnung des Spektrums werden 10 logarithmisch verteilte Abtastzeiten zwischen 100 ns und 1 ms benötigt. Zur Vermeidung der Verletzung des Abtasttheorems wird der durch die Elektroden fließende Strom partiell zwischen zwei Abtastpunkten integriert was einem adaptiven Antialiasing-Filter entspricht.