Title:
Sensor für elektrophysiologische Untersuchungen an lebenden Zellen und Verfahren zu seiner Herstellung
Kind Code:
B4


Abstract:

Sensor für elektrophysiologische Untersuchungen an lebenden Zellen, bei dem Elektroden in einer Reihen- oder Matrixanordnung auf der Oberfläche eines elektrisch isolierenden Substrats ausgebildet und durch den polymeren Substratwerkstoff oder einen zwischen den Elektroden auf der Substratoberfläche aufgebrachten polymeren Werkstoff elektrisch voneinander isoliert sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eines polymeren Werkstoffs oder polymeren Substratwerkstoffs örtlich gezielt durch an den Polymeren Werkstoff oder polymeren Substratwerkstoff angebundene Carboxyl-, Hydroxyl- und/oder Aminogruppen modifiziert ist, so dass Oberflächenbereiche (4a, 4b) mit erhöhter Adhäsion für Zellen zwischen Elektroden (5) vorhanden sind.




Inventors:
Meyer-Plath, Asmus, Dr. (14471, Potsdam, DE)
Jäger, Martin (01326, Dresden, DE)
Sonntag, Frank (09130, Chemnitz, DE)
Application Number:
DE102008056277
Publication Date:
05/06/2010
Filing Date:
10/28/2008
Assignee:
Bundesanstalt für Materialforschung- und prüfung (BAM), 12205 (DE)
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 (DE)
International Classes:



Other References:
COREY,J.M., u.a.: Micrometer resolution silane-based patterning of hippocampal neurons: critical variables in photoresist and laser ablation processes for substrate fabrication. IEEE Trans. Biomed. Eng. (1996) 43 (9) 944-55
REICHERT, J. u.a.: Tuning Cell Adhesion on PTFE Surfaces by Laser Induced Microstructures. Advanced Engineering Materials (2007) Volume 9, Issue 12, 1104-1113
Attorney, Agent or Firm:
PFENNING MEINIG & PARTNER GbR, 01067, Dresden, DE
Claims:
1. Sensor für elektrophysiologische Untersuchungen an lebenden Zellen, bei dem Elektroden in einer Reihen- oder Matrixanordnung auf der Oberfläche eines elektrisch isolierenden Substrats ausgebildet und durch den polymeren Substratwerkstoff oder einen zwischen den Elektroden auf der Substratoberfläche aufgebrachten polymeren Werkstoff elektrisch voneinander isoliert sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eines polymeren Werkstoffs oder polymeren Substratwerkstoffs örtlich gezielt durch an den Polymeren Werkstoff oder polymeren Substratwerkstoff angebundene Carboxyl-, Hydroxyl- und/oder Aminogruppen modifiziert ist, so dass Oberflächenbereiche (4a, 4b) mit erhöhter Adhäsion für Zellen zwischen Elektroden (5) vorhanden sind.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Oberflächenbereiche (4a, 4b) des polymeren Werkstoffs örtlich gezielt hydrophobisiert sind.

3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche mit einer Fluorverbindung modifiziert ist.

4. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der polymere Werkstoff Polystyrol, Polycarbonat, PET, Polyimid,. Polysulfon, PTFE, PMMa, PP oder PE ist.

5. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Elektroden (5) und modifizierte Oberflächenbereiche (4a, 4b) innerhalb eines Flusskanals für Kulturmedium und/oder Probenflüssigkeit angeordnet sind.

6. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reihenanordnungen von Elektroden (5) vorhanden sind, dabei einer Reihe zugeordnete Zellen durch eine Flusskanalausbildung jeweils mit einem unterschiedlichem Kulturmedium oder unterschiedlicher Probenflüssigkeit beeinflussbar sind.

7. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Oberflächenbereiche als Gradientenfeld modifiziert sind.

8. Verfahren zur Herstellung eines Sensors für elektrophysiologische Untersuchungen an lebenden Zellen, bei dem die Oberfläche auf den Elektroden (5) in einer Reihen- oder Matrixanordnung ausgebildet und mit einem polymeren Werkstoff elektrisch voneinander isoliert sind, wobei Oberflächenbereiche (4a, 4b) des polymeren Werkstoffs zwischen Elektroden (5) örtlich gezielt modifiziert werden, in dem ein Reaktivgas mit elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich des ultravioletten Lichts einer Laserlichtquelle photochemisch funktionalisiert wird, so dass Oberflächenbereiche (4a, 4b) erhalten werden, auf denen Zellen besser adhärieren können.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktivgas Luft, Sauerstoff, Ammoniak oder ein Gemisch mindestens zwei dieser Gase eingesetzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass Oberflächenbereiche (4a, 4b) örtlich gezielt so modifiziert werden, dass sie hydrophob sind und keine Adhäsion für Zellen aufweisen, wobei als Reaktivgas eine Fluorverbindung eingesetzt wird, die mit der elektromagnetischen Strahlung photochemisch funktionalisiert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche eines Substrats (1) auf der Elektroden (5) ausgebildet sind, eine elektrisch isolierende Schicht (3) eines polymeren Werkstoffs ausgebildet wird, die anschließend in Oberflächenbereichen an denen Elektroden (5) angeordnet sind durch Ablation mit elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich des ultravioletten Lichts einer Laserlichtquelle entfernt wird und im Anschluss daran die Oberflächenmodifizierung durch Zufuhr von Reaktivgas mit derselben Laserlichtquelle bei reduzierter Leistung und/oder Energiedichte durchgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für die gezielte örtliche Modifizierung Masken eingesetzt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks gearbeitet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in Bereichen zwischen Elektroden (5) Mikro- und/oder Nanostrukturen ausgebildet werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Mikro- oder Nanostrukturen mittels Laserinterferenz ausgebildet werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifizierung von Bereichen in Form eines Gradientenfeldes durch eine Bestrahlung unter Einsatz von Gradientenfilter oder Graumasken erreicht wird.

Description:

Die Erfindung betrifft Sensoren für elektrophysiologische Untersuchungen an lebenden Zellen und ein Verfahren zur Herstellung solcher Sensoren. Dabei können mit den erfindungsgemäßen Sensoren insbesondere die Messprinzipien der Impedanzspektroskopie und die Erfassung extrazellulärer Potentiale elektrisch aktiver Zellen genutzt werden. Durch Impedanzspektroskopie können die Zelladhäsion an einem Sensor und auch Auswirkungen unterschiedlicher Substanzen (Probenflüssigkeiten) auf lebende Zellen, wie sie beim „Pharmascreening” durchgeführt werden, untersucht werden. Mit einer Bestimmung extrazellulärer Potentiale können insbesondere Untersuchungen an Muskel- oder Nervenzellen durchgeführt werden, bei denen es interessant ist, wie Reize entstehen, verarbeitet oder weitergeleitet werden. So können mit den erfindungsgemäßen Sensoren Nebenwirkungen und Wirkungen von Medikamenten bzw. Wirkstoffen auch in unterschiedlicher Konzentration untersucht weiden. Neben medizinischen Anwendungen sind auch Untersuchungen für die Kosmetikindustrie und die Umweltanalytik Einsatzgebiete der Erfindung.

Es sind für die elektrophysiologische Untersuchung von Zellen an sich geeignete Sensoren bekannt, auf die die Erfindung aufbauen kann.

So werden lebende Zellen auf solchen Sensoren kultiviert. An der Oberfläche auf der Zellen kultiviert werden sollen und können sind mehrere Elektroden diskret zueinander ausgebildet. Jede einzelne Elektrode ist elektrisch leitend kontaktiert und kann so an eine elektronische Auswerte- und Steuereinheit angeschlossen sein. So kann ein elektrischer Stromfluss zwischen Elektroden detektiert oder auch initiiert werden. Bei den in Rede stehenden Untersuchungen kann dies durch die lebenden Zellen erreicht werden, die so adhäsiv an der Oberfläche anhaften und dort kultiviert sind. Durch die Zellen ändert sich die Impedanz, d. h. die frequenzabhängige Leitfähigkeit. Bei einer Zelladhäsion sinkt die Leitfähigkeit im Bereich hoher Frequenzen.

Es kann aber auch eine Bestimmung sich ändernder Feldpotentiale zwischen einer kleinen sich in unmittelbare Nähe zu Zellen angeordneten Messelektrode und einer größeren Referenzelektrode mit größerem Abstand zu Zellen vorgenommen werden. Der dabei detektierbare elektrische Stromfluss ist relativ klein, reicht aber aus um einen Feldeffekttransistor anzusteuern.

Üblicherweise werden die Elektroden auf einem elektrisch nicht leitenden Substrat aufgebracht, wobei geeignete Metalle oder elektrisch leitende Polymere als Elektrodenwerkstoff einsetzbar sind.

Problematisch ist es aber, dass Zellen auf diesen Oberflächen nicht ohne weiteres anwachsen, dort also nicht kultiviert und untersucht werden können. Um diesem Effekt entgegenzutreten werden Schichten auf der Oberfläche aufgebracht, die z. B. mit Gelatine, Fibronectin oder Laminin gebildet sein können. Die wirksame Dicke dieser Schichten ist aber recht hoch und kann bis zu einigen Mikrometern reichen. Die Schichten weisen einen entsprechend hohen elektrischen Widerstand auf, so dass die eigentlich messbare und für die Untersuchung auch nutzbare elektrische Spannung als Messsignal, stark abgeschwächt wird. Die erreichbaren Amplituden der messbaren extrazellulären elektrischen Spannung an Zellen liegen im Bereich weniger 100 μV, die aber durch eine Beschichtung deutlich reduziert ist. Messfehler können auch durch Inhomogenitäten in der Schicht und variierende Schichtdicken hervorgerufen werden.

Außerdem ist es beim Stand der Technik nachteilig, dass keine gezielte Beeinflussung möglich ist, an welchen Positionen lebende Zellen anwachsen bzw. anhaften. Dadurch kann mit den zu untersuchenden Zellen keine elektrisch leitende Verbindung von einer Elektrode zu mindestens einer weiteren Elektrode mit Sicherheit hergestellt werden. Diese Ortsselektivität des Zellbewuchses an Sensoren ist aber wichtig um zumindest nahezu konstante reproduzierbare Untersuchungsbedingungen erreichen zu können.

Aus einer Pressemitteilung der Universität Jena „Laserlicht macht Zellen Beine” und von J. Reichert u. a. ist es aus „Tuning Cell Adhesion on PTFE Surfaces by Laser Induced Microstructures”; Advanced Engineering Materials; (2007) 9; No. 12; S. 1104–1111 ist es bekannt eine PTFE-Schicht auf Prothesen teilweise mit Laserstrahlung zu entfernen.

Von Corey, J. M. u. a. wird in ”Micro resolution silane-based pattering of hippocampal neurons: Critical variables in photoresist and laser ablation processes substrate fabrication”; IEEE Trans. Biomed. Eng. (1996) 43(9) S. 944–55 auf einen Laserablationsabtrag einer Beschichtung aus Aminosilan hingewiesen, um das Zellwachstum zu beeinflussen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung Sensoren für elektrophysiologische Untersuchungen an lebenden Zellen zur Verfügung zu stellen, deren Messgenauigkeit erhöht ist und mit denen reproduzier- und vergleichbare Untersuchungsergebnisse erhalten werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Sensor, der die Merkmale des Anspruch 1 aufweist, gelöst. Er kann mit einem Verfahren nach Anspruch 8 hergestellt werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.

Erfindungsgemäße Sensoren sind dabei so ausgebildet, dass mehrere Elektroden, wie aus dem Stand der Technik bekannt in einer Reihen- oder Matrixanordnung auf der Oberfläche eines Substrates ausgebildet und elektrisch leitend kontaktiert sind. Die Elektroden können z. B. in Dünnschichttechnologie, lithografische Verfahren bzw. durch ein Druckverfahren auf einem Substrat ausgebildet worden sein. Ein Substrat kann Glas, ein polymerer Werkstoff oder eine Keramik sein, so dass das Substrat nicht elektrisch leitend ist. Die Elektroden sind dabei diskret zueinander angeordnet, so dass zwischen den Elektroden jeweils Zwischenräume vorhanden sind.

In einer Alternative kann die elektrische Isolation der Elektroden allein mit einem geeigneten polymeren Substratwerkstoff erreicht werden. In einer weiteren Alternative kann in den Zwischenräumen zwischen Elektroden ein polymerer Werkstoff als Schicht auf der Substratoberfläche ausgebildet sein, der die Elektroden aber nicht überdeckt.

Für eine gezielte Beeinflussung des Haftungsverhaltens und eine Erhöhung der Adhäsion der Zellen an der Oberfläche sind bestimmte Oberflächenbereiche die entweder aus geeignetem polymeren Substratwerkstoff oder einem eine Schicht bildenden polymeren Werkstoff an der jeweiligen Oberfläche modifiziert. So können insbesondere Oberflächenbereiche, die in Zwischenräumen von Elektroden angeordnet sind, modifiziert sein. Oberflächenbereiche an äußeren Rändern der Elektrodenanordnung können beispielsweise nicht oder in anderer Form modifiziert sein.

Mit einer Oberflächenmodifizierung/-funktionalisierung kann die Adhäsionsbereitschaft von Zellen erhöht werden an bestimmten Positionen anzuhaften bzw. anzuwachsen. Dies sollte zumindest in der Nähe von Elektroden der Fall sein, deren Fläche üblicherweise eine Größe im Bereich 20 μm bis 50 μm aufweist. Je nach zu untersuchender Zellart liegt deren Größe im Bereich 10 μm bis 80 μm. Es ist bei einer gezielten Beeinflussung der lokalen Anhaftung von Zellen zu erwarten, dass die erforderliche elektrisch leitende Verbindung der Elektroden erreicht werden kann. Dabei kann auch berücksichtigt werden, dass auch extrazelluläre Signale in einem Abstand zwischen Zelle und Elektrode von 100 μm bis 200 μm detektierbar sind, da eine Störung durch eine Beschichtung ja nicht mehr vorhanden ist.

Wie bereits angesprochen können auch Oberflächenbereiche gezielt anders modifiziert sein. So besteht an einem erfindungsgemäßen Sensor die Möglichkeit die Oberfläche eines polymeren Werkstoffs zu hydrophobisieren, so dass dort keine Zellen anhaften und anwachsen können.

Eine erhöhte Adhäsion für Zellen kann besonders vorteilhaft mit Carboxyl-, Hydroxyl- und/oder Aminogruppen, die an der Oberfläche des polymeren Werkstoffs angebunden sind, erreicht werden.

Hydrophobe Oberflächenbereiche können mit angebundenen Fluorverbindungen erhalten worden sein.

Es können Polymere eingesetzt werden, die eine ausreichende Absorption bei der Wellenlänge der von einer Laserquelle emittierten Strahlung aufweisen. Dabei sollte die Photonenenergie der emittierten Strahlung ausreichen um die chemischen Bindungen aufzubrechen.

Als besonders günstiger polymerer Werkstoff, der als Schicht- oder auch Substratwerkstoff eingesetzt und erfindungsgemäß modifiziert werden kann, ist Polystyrol. Es können aber auch Polycarbonat, PET, Polyimid bzw. Polysulfon, die bei einer Wellenlänge von 193 nm gut absorbieren oder PTFE, PMMa, PP und PE, die bei dieser Wellenlänge ein geringeres Absorptionsvermögen aufweisen, eingesetzt werden.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Sensoren kann unter Berücksichtigung ob der polymere Werkstoff gleichzeitig auch Substratwerkstoff oder als Schichtwerkstoff auf der Substratoberfläche vorhanden ist, vorgegangen werden.

Dabei ist die die Haftung von Zellen beeinflussende Vorgehensweise, die zur Modifizierung an der Oberfläche in vorgebbaren Positionen führt, in beiden Fällen gleich. Hierzu wird in einer Kammer oder einem Gehäuse das Substrat dem Einfluss von Umwandlungsprodukten eines Reaktivgases ausgesetzt. Dabei wird elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich des ultravioletten Lichts einer Laserlichtquelle in das in die Kammer oder Gehäuse eingeführte Reaktivgas gerichtet. In der Kammer oder dem Gehäuse ist auch das Substrat angeordnet, so dass die zu modifizierenden Oberflächenbereiche so ausgerichtet sind, dass eine Beeinflussung von Umwandlungsprodukten des Reaktivgases möglich ist.

Als Reaktivgase können Luft, Sauerstoff oder Ammoniak jeweils allein, aber auch als Gemisch mit mindestens zwei dieser Gase, eingesetzt werden.

Die Leistung und/oder Energiedichte der Strahlung sind dabei so gewählt, dass eine direkte Beeinflussung weder am polymeren Werkstoff noch an den Elektroden auftritt. Vielmehr soll die Strahlung eine photochemische Reaktion/Umwandlung des Reaktivgases bewirken. Dabei sollen aktivierte Teile des Reaktivgases, wie z. B. Carboxylgruppen (COOH) bei Sauerstoff oder Aminogruppen (NH2) bei Ammoniak an der Oberfläche des polymeren Werkstoffs anbinden und diese so modifiziert werden.

Hydrophobe Oberflächenbereiche können z. B. mit SF6 als Reaktivgas erhalten werden.

Allein oder zusätzlich kann bei einer Modifizierung/Funktionalisierung mit der elektromagnetischen Strahlung auch eine Oberflächenstrukturierung durchgeführt werden, bei der dann Mikro- und Nanostrukturen an der Oberfläche ausgebildet werden. Solche Strukturen können mittels Laserinterferenz ausgebildet werden.

Die Oberflächenmodifizierung/-funktionalisierung muss über eine Fläche nicht homogen erfolgen. Es kann auch ein Gradientenfeld ausgebildet werden. Hierfür kann eine Bestrahlung mit Einsatz von Gradientenfilter oder Graumasken vorgenommen werden.

Je nach Verfahrensführung können gezielt Oberflächenbereiche an einem Sensor erhalten werden, die unterschiedlich modifiziert sind. Dabei kann ein Reaktivgasgemisch mit wechselnden Gasanteilen eingesetzt, ein Wechsel der Reaktivgase während der Prozessierung oder auch eine Variation des Partialdruckes durchgeführt werden.

Als Laserlichtquelle kann beispielsweise ein ArF-Laser, der Strahlung mit einer Wellenlänge von 193 nm emittiert, eingesetzt werden.

Um gezielt bestimmte vorab vorgegebene Oberflächenbereiche zu modifizieren können Bereiche der Oberfläche, die nicht oder nur geringer beeinflusst werden sollen, mit entsprechend gestalteten Masken abgedeckt werden. Eine Beeinflussung ist auch mit einer geeigneten Auslenkung und ggf. auch Formung der Strahlung erreichbar. Dadurch kann beispielsweise auch eine Modifizierung mit Gradienten erfolgen, so dass Oberflächenbereiche unterschiedliche Modifizierungsgrade und eine dementsprechende andere Adhäsionswirkung für Zellen aufweisen können.

Bei einem Sensor, bei dem ein polymerer Werkstoff als Schicht auf einer Substratoberfläche ausgebildet ist, kann wie folgt verfahren werden.

Da der polymere Werkstoff die gesamte Oberfläche überdecken kann, was häufig herstellungsbedingt der Fall ist, und dabei auch die Elektroden überdeckt sind, wird der polymere Werkstoff im Bereich der Elektroden durch Ablation entfernt. Hierfür kann dieselbe Laserlichtquelle eingesetzt werden, die nachfolgend, wie bereits vorab erläutert, zur Oberflächenmodifizierung mit Reaktivgas einsetzbar ist. Die Leistung und/oder die Energiedichte im Brennfleck wird/werden aber so gewählt, dass ein Abtrag des polymeren Werkstoffs im Bereich der Elektroden erreicht werden kann. Dabei wird mit gegenüber dem Atmosphärendruck kleinerem Druck gearbeitet, was auch bei der Modifizierung mit dem Reaktivgas der Fall ist. Die gesamte Bearbeitung kann so bevorzugt in einer Unterdruckkammer durchgeführt werden. Während des ablativen Werkstoffabtrages sollte eine Absaugung erfolgen.

Für eine Kultivierung oder auch bei Untersuchungen mit Probenflüssigkeiten können Elektroden und modifizierte Oberflächenbereiche in einem Flusskanal angeordnet sein, der von einem Kulturmedium für Zellen und/oder Probenflüssigkeit durchströmt werden kann.

Ein erfindungsgemäßer Sensor kann auch für vergleichende Untersuchungen eingesetzt werden und hierfür geeignet ausgebildet sein. Dabei können mehrere Reihen von Elektroden parallel nebeneinander angeordnet sein. Dabei kann die Ausrichtung der Reihen von Elektroden unter Berücksichtigung der Strömung von Kulturmedium und/oder Probenflüssigkeit erfolgt sein. Die Oberfläche kann dabei so modifiziert werden, dass Oberflächenbereiche in Zwischenräumen einer Reihe von Elektroden so modifiziert sind, dass sie eine erhöhte Adhäsion für die Zellen aufweisen und diese dann gemäß der vorgegebenen Achse entlang der Längsachse dieser Reihe von Elektroden anhaften und dann quasi eine Linie bilden. Zwischenräume zwischen den Reihen können dann an der Oberfläche so modifiziert sein, dass sie hydrophob, zumindest jedoch hydrophober als die Oberflächen in den vorab erwähnten Zwischenräumen von Elektroden in einer Reihe sind.

So können die Zellen gut voneinander getrennt bei einer Untersuchung gehalten werden. In Verbindung mit einer geeigneten Flusskanalausbildung können dadurch Zellen die einer Reihe von Elektroden zugeordnet sind, anders beeinflusst werden als weitere Zellen, die anderen Reihen zugeordnet sind. So können Zellen einer Reihe mit einer Probenflüssigkeit und Zellen einer anderen Reihe mit einer anderen Probenflüssigkeit, bei ansonsten gleichen Untersuchungsbedingungen, untersucht werden. Dabei können die eingesetzten Probenflüssigkeiten auch für eine Dosierungsuntersuchung von Wirkstoffen oder auch toxischen Stoffen eingesetzt werden.

Solche Reihenausbildungen von Elektroden und so anhaftenden Zellen sind auch vorteilhaft, bei Untersuchungen an Muskelzellen oder auch für eine Untersuchung der Reizweiterleitung einsetzbar.

Nachfolgend soll die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert werden.

Dabei zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Sensors und

2 eine Draufsicht auf einen Sensor nach 1.

Bei dem in den 1 und 2 gezeigten Sensor ist auf einem Substrat 1 aus einer elektrisch nicht leitenden Keramik eine elektrisch leitende Beschichtung 2 als zwei geradlinig verlaufende Streifen aus einem Metall, z. B. einem Edelmetall, Aluminium oder Kupfer in Dünnschichttechnik ausgebildet worden.

Auf dieser Oberfläche des Substrats 1 wurde durch Spin-Coating eine Schicht eines Polymers 3, hier Rolystyrol, mit einer Dicke im Bereich 300 bis 500 nm ausgebildet.

Im Anschluss daran wurde diese Schicht punktuell durch Laserablation bis hin zur elektrisch leitenden Schicht 2 entfernt und dadurch Elektroden 5 freigelegt.

In einer Unterdruckkammer wurden Oberflächenbereiche 4a und 4b unter Einsatz von Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 193 nm modifiziert. Es wurde dabei eine Maske zur Abdeckung von Oberflächenbereichen, die nicht modifiziert werden sollten, eingesetzt. So konnten ebenfalls streifenförmige Oberflächenbereiche 4a und 4b erhalten werden, die um die Elektroden 5 ausgebildet waren. Wie in 2 gut erkennbar, können so zwei parallele Oberflächenbereiche 4a und 4b erhalten werden. Diese können in gleicher Weise modifiziert/funktionalisiert sein, so dass ein jeweils gleiches Zellwachstum in beiden Oberflächenbreichen erwartet werden kann. Dabei kann die Modifizierung mit der eingesetzten Laserstrahlung und einem Reaktivgas, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung erwähnt, durchgeführt werden, um z. B. Carboxyl- bzw. Aminogruppen dort auszubilden. Die Laserstrahlung kann bei dieser Modifizierung von der gleichen Quelle, die für die Ablation eingesetzt worden ist, emittiert werden. Der Laserstrahl wird aber so geformt, dass deutlich kleinere Energiedichten das Reaktivgas beeinflussen und durch Absorption eine Anregung der Moleküle erreicht wird, die wiederum zu Reaktionen mit dem Polystyrol führt.

Es besteht aber auch die Möglichkeit beide streifenförmige Oberflächenbereiche 4a und 4b unterschiedlich zu modifizieren, also einen Oberflächenbereich 4a mit einem und den anderen Oberflächenbereich 4b mit einem anderen oder keinem Reaktivgas oder gar nicht zu modifizieren. Es besteht auch die Möglichkeit einen der beiden Oberflächenbereiche 4a oder 4b so zu modifizieren, dass hydrophobe Oberflächeneigenschaften vorhanden sind und dadurch ein Anwachsen von Zellen vermieden werden kann. In diesem Fall kann dann eine Referenzmessung in diesem Oberflächenbereich und den dort angeordneten Elektroden 3 durchgeführt werden.