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深圳先進(jìn)院研發(fā)出高性能氧化銥/鉑納米錐微電極表面修飾鍍層

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深圳先進(jìn)院研發(fā)出高性能氧化銥/鉑納米錐微電極表面修飾鍍層

摘要: 　　近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)學(xué)習(xí)院醫(yī)工所微納中心學(xué)習(xí)員吳天準(zhǔn)及其學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種具有納米結(jié)構(gòu)的高性能氧化銥/鉑納米錐復(fù)合鍍層。這種高性能復(fù)合鍍層有效解決了隨著電極陣列化和集成化帶來(lái)的高電化學(xué) ...

　　近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)學(xué)習(xí)院醫(yī)工所微納中心學(xué)習(xí)員吳天準(zhǔn)及其學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種具有納米結(jié)構(gòu)的高性能氧化銥/鉑納米錐復(fù)合鍍層。這種高性能復(fù)合鍍層有效解決了隨著電極陣列化和集成化帶來(lái)的高電化學(xué)阻抗、低電荷存儲(chǔ)能力及低電荷注入能力的問(wèn)題，并顯著提高了神經(jīng)電極的電刺激性能。相關(guān)學(xué)習(xí)成果Electrodeposited Iridium Oxide on Platinum Nanocones for Improving Neural Stimulation Microelectrodes（鉑納米錐上電沉積氧化銥在改善神經(jīng)刺激電極中的應(yīng)用）已在線發(fā)表于電化學(xué)期刊ElectrochimicaActa。同時(shí)該工作的階段性成果被IEEE NEMS 2017收錄，并入圍最佳會(huì)議海報(bào)獎(jiǎng)（Finalist of best conference poster award）。
　　神經(jīng)刺激/記錄電極廣泛應(yīng)用于神經(jīng)生理、腦科學(xué)學(xué)習(xí)等生命科學(xué)領(lǐng)域，如觀察神經(jīng)行為或治療失明、失聰、帕金森癥等神經(jīng)障礙。為給臨床提供更高的電刺激/記錄效率，神經(jīng)刺激/記錄電極正朝著集成化和微型化的方向發(fā)展，從而帶來(lái)了電極阻抗增加、電容降低等性能問(wèn)題，嚴(yán)重降低了微電極的安全刺激效率。目前，在不增加電極幾何尺寸的情況下，通過(guò)微電極表面修飾方法得到的鍍層均無(wú)法滿足低阻抗、高電荷存儲(chǔ)能力、高電荷注入能力以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性的指標(biāo)。
　　基于上述考慮，在人造視網(wǎng)膜項(xiàng)目帶頭人Mark S. Humayun的指導(dǎo)建議下，吳天準(zhǔn)及其團(tuán)隊(duì)成員曾齊、夏凱、孫濱等人成功研發(fā)出一種具有納米結(jié)構(gòu)的高性能氧化銥/鉑納米錐復(fù)合鍍層。從改善電極穩(wěn)定性及刺激效率的角度出發(fā)，通過(guò)在微電極表面引入一層鉑納米錐作為氧化銥鍍層與鉑基體的中間粘附層，隨后再慢速沉積一層具有高電容特性的氧化銥。其中，鉑納米錐形結(jié)構(gòu)具有特殊優(yōu)勢(shì)，一方面，三維的納米錐形結(jié)構(gòu)可提供極大的表面積容納氧化銥，從而避免了氧化銥在沉積過(guò)程中過(guò)于稠密；另一方面，三維的納米錐形結(jié)構(gòu)有效改善了氧化銥與鉑基體之間的結(jié)合力，有利于提高電極鍍層的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，對(duì)后期微電極陣列的長(zhǎng)期植入有效具有很好的促進(jìn)作用。
　　學(xué)習(xí)結(jié)果表明，所獲得的高性能氧化銥/鉑納米錐復(fù)合鍍層具有2.45 kΩ·cm2的低阻抗，其陰極電荷存儲(chǔ)能力高達(dá)22.29 mC·cm-2 ，相比鉑基體增大了6倍多。此外，該復(fù)合鍍層在經(jīng)過(guò)了1小時(shí)的超聲振蕩或超過(guò)1.7*107次的電脈沖刺激后，都能保持較穩(wěn)定的阻抗和陰極電荷存儲(chǔ)量，顯示出了優(yōu)越的機(jī)械穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性。該學(xué)習(xí)成果有效解決了現(xiàn)有技術(shù)短板，可操作性強(qiáng)，對(duì)微電極表面修飾材料的開(kāi)發(fā)和以人造視網(wǎng)膜為代表的神經(jīng)電極刺激/記錄具有重要指導(dǎo)意義，有望廣泛應(yīng)用于神經(jīng)假體和高效刺激/記錄電極等領(lǐng)域。
　　上述學(xué)習(xí)得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)、深圳市孔雀團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。
　　論文鏈接

　�。╝）鉑納米錐中間粘附層；（b）氧化銥/鉑納米錐復(fù)合鍍層；（c）氧化銥/鉑納米錐復(fù)合鍍層超聲測(cè)試的循環(huán)伏安對(duì)比圖；（d）氧化銥/鉑納米錐復(fù)合鍍層電脈沖刺激后的循環(huán)伏安對(duì)比圖深圳先進(jìn)院研發(fā)出高性能氧化銥/鉑納米錐微電極表面修飾鍍層  |  責(zé)任編輯：蟲(chóng)子
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