Strukturní změny diamantové elektrody v in vitro podmínkách

Abstract

Diamant je ve formě tenkých vrstev používaný pro tvorbu rozhraní mezi materiálem (např. elektrodou nebo implantátem) a tkání díky jeho tvrdosti, mechanické odolnosti a biokompatibilitě. Náš experiment dokazuje jeho odolnost vůči opakovaným sterilizacím a kultivacím. Ve spolupráci s Akademií věd České republiky byly vytvořeny dva typy nanodiamantové elektrody. Vzorky každého typu byly rozděleny do triplikátů, které prošly jedním až čtyřmi cykly sterilizace a kultivace. Pro kultivaci byly použity myší fibroblasty CT26. Charakterizace nanodiamantové vrstvy byla provedena pomocí diferenciální interferenční kontrastní mikroskopie (DIC), rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM), mikroskopie atomárních sil (AFM) a Ramanovy spektroskopie. Odolnost diamantových elektrod byla porovnána se zlatými vrstvami - vzorovým materiálem používaným standardně pro tvorbu elektrod ve formě naprášené 10nm vrstvy titanu a 100nm vrstvy zlata na sklo. Tyto vzorky prošly stejnými cykly sterilizace a kultivace. Z porovnání výsledků charakterizace vyplývá zachování, celistvost a minimální poškození nanodiamantové vrstvy. Oproti tomu zlaté vzorky vykazují relativně velké mechanické poškození. Diamantová vrstva tedy může zvýšit životnost elektrod či mikroelektrodových polí (MEA) oproti běžně používaným materiálům.

Diamond is used to form the interface between the material (e.g. electrode or implant) and the tissue in the form of thin layers due to its hardness, mechanical resistance and biocompatibility. Our experiment proves its resistance to repeated sterilization and cultivation of cells. In cooperation with the Czech Academy of Sciences, two types of nanodiamond electrodes were developed and prepared. Samples of each type were divided into triplets that underwent one to four cycles of sterilization and cultivation. CT26 mouse fibroblasts were used for culturing. Characterization of the nanodiamond layer was performed by differential interference contrast microscopy (DIC), scanning electron microscope (SEM), atomic force microscopy (AFM) and Raman spectroscopy. The resistance of diamond electrodes has been compared to gold thin layers - a standard material used to form electrodes in the form of a sputtered 10 nm titanium layer and a 100 nm gold layer. These samples have undergone the same cycles of sterilization and cultivation. The results of the characterization indicate the preservation, integrity and minimal damage of the nanodiamond layer. On the other hand, gold samples show relatively large mechanical damage. Thus, diamond layer can increase the lifetime of the electrodes or microelectrode arrays versus commonly used materials.