Characterization of the bioelectrode and neural tissue interface in vitro

Abstract

Keskushermoston stimulointia on käytetty jo pitkään kliinisenä hoitona esimerkiksi Parkinsonin tautiin liittyvän vapinan sekä kroonisen kivun lievittämiseksi. Aivojen syvien tyvitumakkeiden stimulointi eli DBS-hoito on yleisesti sovellettu menetelmä, joka toimii esimerkkinä tässä bioelektrodeja käsittelevässä työssä, ja jonka vaikutusmekanismiin tutustutaan hieman tarkemmin.

Tämän työn tarkoitus on tehdä selvitys neurostimulaatioon käytettävien bioelektrodien tutkimuksesta sekä elektrodien sähkökemiallisista tutkimusmenetelmistä. Keskushermoston stimulaatio on vakiinnuttanut paikkansa hoitomenetelmänä, mutta laajasta tutkimuksesta huolimatta stimulaation vaikutuksia solutasolla tai korkeammalla neurologisella tasolla ei tunneta tarkkaan. Elektrodien varauksensiirtoon liittyvä sähkökemiallinen tutkimus on perustavaa tasoa stimulaation vaikutuksia selvittävien tutkimuksien muodostamassa kokonaisuudessa. Kirjallisuusosassa tutkimuksen nykytilan ja menetelmien esittely pohjustetaan yksityiskohtaisella kartoituksella elektrodin ja kudoksen välisen varauksensiirron ominaisuuksista, rajapinnan sähköisistä ominaisuuksista sekä hermokudoksen ja sähköisen stimulaation vuorovaikutuksista solutasolla.

Laboratoriossa suoritettavassa in vitro tutkimuksessa määritellään sähkökemiallisilla menetelmillä elektrodien sähköisiä ominaisuuksia. Syklisellä voltammetrialla pystytään tutkimaan elektrodin kykyä vastaanottaa varausta sekä varauksensiirtoreaktioiden käänteistä luonnetta. Kokeellisessa osassa suoritettiin mittauksia syklisellä voltammetrialla platinairidium~seoksesta valmistetulla elektrodilla kudosnestettä mallintavassa fosfaatti-puskuroidussa fysiologisessa suolaliuoksessa. Tarkoituksena oli tutustua monimuotoiseen mittausmenetelmään sekä arvioida platina-iridiumista valmistetun elektrodin sähköisiä ominaisuuksia ja verrata niitä kirjallisuuteen.