一種超常溫下原子級(jí)分散金屬催化材料修飾的神經(jīng)電極及制備方法

本發(fā)明屬于神經(jīng)電極與材料交叉領(lǐng)域，涉及一種超常溫下原子級(jí)分散金屬催化材料修飾的神經(jīng)電極及制備方法。

背景技術(shù)：

1、神經(jīng)電極在神經(jīng)科學(xué)研究和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療中扮演著至關(guān)重要的角色，它們是實(shí)現(xiàn)大腦與機(jī)器接口的基礎(chǔ)裝置，關(guān)鍵在于能夠精確地監(jiān)測(cè)和操控神經(jīng)系統(tǒng)的電生理活動(dòng)。隨著科技的進(jìn)步，神經(jīng)電極在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷與治療中發(fā)揮了重要作用，如腦卒中、帕金森氏癥及癲癇等，因?yàn)檫@些疾病通常與大腦的異常神經(jīng)電模式緊密相關(guān)。盡管該領(lǐng)域已經(jīng)取得了一系列突破和創(chuàng)新，當(dāng)前應(yīng)用于臨床的神經(jīng)電極系統(tǒng)還是存在一些顯著的問題和局限性，尤其是在信號(hào)采集的靈敏度以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性等方面。

2、當(dāng)前神經(jīng)電極面臨著巨大挑戰(zhàn)，臨床要求神經(jīng)電極在植入期間能夠不引起顯著組織損傷的同時(shí)，確保足夠的低阻抗和高信號(hào)采集靈敏度。但因?yàn)閭鹘y(tǒng)植入式神經(jīng)電極的材料剛度遠(yuǎn)高于腦組織的自然軟度，導(dǎo)致在電極和腦組織之間形成了嚴(yán)重的界面失配。這種失配不僅可能觸發(fā)炎癥反應(yīng)，還可能導(dǎo)致神經(jīng)元的損傷甚至死亡，從而降低治療效果和信號(hào)質(zhì)量。又因?yàn)槟X電信號(hào)本身弱且背景噪聲較大，信號(hào)頻率范圍廣，容易受到環(huán)境電磁干擾。同時(shí)傳統(tǒng)金屬電極的電子轉(zhuǎn)移效率低和電荷注入能力低限制導(dǎo)致了組織-電極界面間電子輸運(yùn)，進(jìn)一步降低了信噪比和采集靈敏度。

3、鑒于上述挑戰(zhàn)，未來神經(jīng)電極應(yīng)集中在開發(fā)新型神經(jīng)電極材料和設(shè)計(jì)上，旨在提高電極的信號(hào)采集能力及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是改善目前神經(jīng)電極的存在的不足，提供一種超常溫下原子級(jí)分散金屬催化材料修飾的神經(jīng)電極。

2、本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種超常溫下原子級(jí)分散金屬催化材料修飾的神經(jīng)電極的制備方法。

3、本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：

4、一種超常溫下原子級(jí)分散金屬催化材料修飾的神經(jīng)電極的制備方法，包括如下步驟：

5、(1)對(duì)直徑為5-200微米的金屬絲表面用砂紙打磨進(jìn)行粗糙化處理，依次使用去離子水、丙酮、無水乙醇進(jìn)行超聲清洗，干燥，得到神經(jīng)電極基底；

6、(2)配置聚酰亞胺溶液，并使用聚酰亞胺溶液對(duì)神經(jīng)電極基底除電極記錄位點(diǎn)外的其它部分進(jìn)行涂覆絕緣；或使用絕緣套管將神經(jīng)電極基底除電極記錄位點(diǎn)外的其它部分進(jìn)行包裹絕緣；

7、(3)將步驟(2)獲得的神經(jīng)電極作為工作電極，鉑電極作為對(duì)電極，ag/agcl作為參比電極，接入電化學(xué)工作站中，構(gòu)成三電極系統(tǒng)，在電解池中加入濃度為0.2-5mg/ml原子級(jí)分散金屬催化材料分散液作為電沉積工作液，沒過所述記錄位點(diǎn)，超常溫環(huán)境下進(jìn)行恒電流沉積，使原子級(jí)分散金屬催化材料均勻地沉積在記錄位點(diǎn)表面，干燥，獲得一種超常溫下原子級(jí)分散金屬催化材料修飾的神經(jīng)電極；

8、濃度為0.2-5mg/ml原子級(jí)分散金屬催化材料分散液的制備步驟為：將0.2-5mg原子級(jí)分散金屬催化材料加入1ml去離子水中，邊超聲邊攪拌，使原子級(jí)分散金屬催化材料均勻分散，得到濃度為0.2-5mg/ml原子級(jí)分散金屬催化材料分散液；

9、所述超常溫環(huán)境為恒溫保持在50-90℃。

10、金屬絲優(yōu)選為金、銀、銅、鉑、鎢、銥、鎳、鉑銥合金、鎳鈦合金、鎢鉑合金、鎳鈷合金或不銹鋼。

11、聚酰亞胺溶液的質(zhì)量濃度優(yōu)選為30％-50％。

12、優(yōu)選地，聚酰亞胺的重均分子量為10,000-100,000；聚酰亞胺溶液的溶劑為n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、四氫呋喃或丙酮。

13、優(yōu)選地，原子級(jí)分散金屬催化材料為雙金屬單原子納米酶m1m2?mans或金屬有機(jī)框架材料m?mofs。

14、上述雙金屬單原子納米酶m1m2?mans中所述m1選自fe、cu、rh、v、pd、pt、ni、mn、zn、ru、ir、cr、zr、mo、re、au、cd、tb、w、ce或co；

15、所述m2選自fe、cu、rh、v、pd、pt、ni、mn、zn、ru、ir、cr、zr、mo、re、au、cd、tb、w、ce或co，所述m1與m2不相同。

16、m?mofs中的m選自fe、cu、rh、v、pd、pt、ni、mn、zn、ru、ir、cr、zr、mo、re、au、cd、tb、w、ce或co。

17、步驟(3)中所述超聲的頻率優(yōu)選40khz，超聲時(shí)間5-30min。

18、優(yōu)選地，恒電流沉積的沉積電流為0.01-0.5a，沉積時(shí)間為100-1800s。

19、上述制備方法制備的一種超常溫下原子級(jí)分散金屬催化材料修飾的神經(jīng)電極。

20、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

21、原子級(jí)分散金屬催化材料具有穩(wěn)定且高效的生物催化活性，同時(shí)可以精確調(diào)控原子級(jí)分散金屬催化材料的結(jié)構(gòu)和催化活性中心，其對(duì)催化反應(yīng)具有高選擇性并能夠長(zhǎng)期保持結(jié)構(gòu)與活性穩(wěn)定。該材料合成原料容易獲取，且合成方法簡(jiǎn)便，同時(shí)本發(fā)明在超常溫環(huán)境中對(duì)神經(jīng)電極進(jìn)行修飾。超常溫環(huán)境中分子熱運(yùn)動(dòng)更加劇烈，電化學(xué)效率更高，所以在超常溫下使用原子級(jí)分散金屬催化材料修飾神經(jīng)電極界面，不僅能夠增大電極界面的有效接觸面積、增強(qiáng)電子輸運(yùn)能力，還能夠更加均勻的使材料修飾在神經(jīng)電極記錄位點(diǎn)，延長(zhǎng)電極使用壽命。原子級(jí)分散金屬催化材料可長(zhǎng)期穩(wěn)定的發(fā)揮其生物催化活性，這有助于提高神經(jīng)電極界面的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，提高長(zhǎng)期記錄的信號(hào)質(zhì)量及檢測(cè)靈敏度。

技術(shù)特征：

1.一種超常溫下原子級(jí)分散金屬催化材料修飾的神經(jīng)電極的制備方法，其特征是包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述金屬絲為金、銀、銅、鉑、鎢、銥、鎳、鉑銥合金、鎳鈦合金、鎢鉑合金、鎳鈷合金或不銹鋼。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是聚酰亞胺溶液的質(zhì)量濃度為30％-50％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的制備方法，其特征是聚酰亞胺的重均分子量為10,000-100,000；聚酰亞胺溶液的溶劑為n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、四氫呋喃或丙酮。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述原子級(jí)分散金屬催化材料為雙金屬單原子納米酶m1m2?mans或金屬有機(jī)框架材料m?mofs。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征是所述雙金屬單原子納米酶m1m2?mans中所述m1選自fe、cu、rh、v、pd、pt、ni、mn、zn、ru、ir、cr、zr、mo、re、au、cd、tb、w、ce或co；所述m2選自fe、cu、rh、v、pd、pt、ni、mn、zn、ru、ir、cr、zr、mo、re、au、cd、tb、w、ce或co，所述m1與m2不相同。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征是所述m?mofs中的m選自fe、cu、rh、v、pd、pt、ni、mn、zn、ru、ir、cr、zr、mo、re、au、cd、tb、w、ce或co。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述步驟(3)中所述超聲的頻率40khz，超聲時(shí)間5-30min。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述恒電流沉積的沉積電流為0.01-0.5a，沉積時(shí)間為100-1800s。

10.權(quán)利要求1-9之一的制備方法制備的一種超常溫下原子級(jí)分散金屬催化材料修飾的神經(jīng)電極。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種超常溫下原子級(jí)分散金屬催化材料修飾的神經(jīng)電極及制備方法，制備方法為：對(duì)金屬絲表面進(jìn)行粗糙化處理，清洗，干燥，得到神經(jīng)電極基底；用聚酰亞胺溶液對(duì)神經(jīng)電極基底除電極記錄位點(diǎn)外的其它部分進(jìn)行涂覆絕緣；用電化學(xué)三電極系統(tǒng)恒電流模式在超常溫環(huán)境下，對(duì)原子級(jí)分散金屬催化材料修飾神經(jīng)電極界面進(jìn)行制備；本發(fā)明的電極，不僅能夠增大電極界面的有效接觸面積、增強(qiáng)電子輸運(yùn)能力，還能夠發(fā)揮原子級(jí)分散金屬催化材料的高效生物催化活性，減少電極?組織界面的炎癥反應(yīng)，減少瘢痕組織形成，大幅提高神經(jīng)電極的生物相容性，提高長(zhǎng)期記錄的信號(hào)質(zhì)量及檢測(cè)靈敏度。

技術(shù)研發(fā)人員：張曉東,孫鑫煜,劉爽杰,王浩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30