集萃印花網(wǎng)
您的位置:集萃印花網(wǎng)行業(yè)資訊企業(yè)新聞→詳細(xì)內(nèi)容
【字體: 】      
可植入生物體內(nèi)的碳烯纖維電極
集萃印花網(wǎng)  2021-11-10

【集萃網(wǎng)觀察】

神經(jīng)電極在獲取神經(jīng)電信號方面起著重要作用,因此有利于健康監(jiān)測和醫(yī)學(xué)診斷。根據(jù)植入方式的不同,神經(jīng)電極可分為神經(jīng)內(nèi)電極和神經(jīng)外電極。由于神經(jīng)內(nèi)電極存在損傷軸突和血管的可能性,因此無創(chuàng)的神經(jīng)外電極是首選。與神經(jīng)內(nèi)電極相比,附著在神經(jīng)上的神經(jīng)外電極在減少神經(jīng)損傷方面有很大的優(yōu)勢。神經(jīng)外電極面臨的最大挑戰(zhàn)是其電極-神經(jīng)界面在神經(jīng)運(yùn)動過程中的不穩(wěn)定性。

受碳納米管優(yōu)良機(jī)械特性的啟發(fā),中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所與北京大學(xué)研究團(tuán)隊設(shè)計了一種自適應(yīng)、可伸縮、生物相容的碳烯體外電極。該電極將剛性的二維石墨烯納米片集成在軟碳納米管(CNT)纖維上,其中硬質(zhì)納米片和軟質(zhì)納米管以sp2納米碳為主。由于碳納米管纖維柔性和堅固的特性,雜化碳電極可以方便地定制成各種復(fù)雜的形狀,其機(jī)械模量范圍很寬(0.5~600 kPa),這于神經(jīng)的機(jī)械匹配方面發(fā)揮了重要作用。此外,雜化碳烯纖維還具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和極高的生物相容性。結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的金屬電極相比,碳烯電極表現(xiàn)出更好的性能,峰-峰值的動作電位比商品鉑電極要高310%。綜上所述,此研究提出了一種組裝可裁剪、生物相容性好的碳電極的新策略,為下一代神經(jīng)電極的設(shè)計開辟了一條新的途徑。相關(guān)工作以題為“Modulus-Tailorable, Stretchable, and Biocompatible Carbonene Fiber for Adaptive Neural Electrode”的研究論文,發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。

雜化碳烯纖維的設(shè)計和制備

研究采用模板誘導(dǎo)法,先將軟碳納米管纖維粘在模板上。然后,通過無催化劑的熱化學(xué)氣相沉積工藝在CNT襯底上生長剛性石墨烯納米片(highly disordered graphene nanosheets,HDGNs),最終將其從模板中拿出后仍保持預(yù)定的復(fù)雜形狀。對于不同的應(yīng)用場合,通過改變模板的形狀可以方便地定制雜化碳纖維的形狀。

混合碳烯纖維的基本機(jī)械和電氣性能

為了解碳纖維的本征力學(xué)性能,研究首先對直接混雜的碳烯纖維進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)。結(jié)果表明,隨著沉積時間的增加,碳烯纖維的楊氏模量有明顯增加,而韌性卻明顯降低。碳納米管粗纖維的拉伸強(qiáng)度為1.0 GPa左右,楊氏模量為30.1 GPa左右,韌性為38.0 MJ/m3左右。另一方面,碳烯彈簧在0~700%應(yīng)變范圍內(nèi)的整個應(yīng)力-應(yīng)變曲線如下圖C所示,從而證明文章所提出的碳烯彈簧具有很好的柔韌性。HDGNs的引入還會影響材料的電學(xué)性能。雖然碳納米管纖維具有高達(dá)1.5×105 S/m的良好導(dǎo)電性,比大多數(shù)碳材料的導(dǎo)電性更好,但通過在其表面涂覆HDGNs可以進(jìn)一步提高其導(dǎo)電性。

混合碳烯彈簧作為神經(jīng)電極的實(shí)驗(yàn)

研究將混合碳烯彈簧的電極植入牛蛙坐骨神經(jīng)表面以記錄動作電位(AP)。在坐骨神經(jīng)的一端采用一根鉑絲作為刺激電極,而在另一端采用兩個混合碳烯彈簧電極作為記錄電極。由于彈簧電極具有良好的形狀恢復(fù)性能和在大變形下的電導(dǎo)率穩(wěn)定性,彈簧電極可以在動態(tài)運(yùn)動過程中緊密地附著在神經(jīng)上并傳遞信號。在一系列單相矩形波刺激下,誘發(fā)的AP沿神經(jīng)傳遞,并經(jīng)由彈簧電極記錄。由于雜化羰基光纖具有突出的電性能和機(jī)械性能,得到的信號顯示出較高的信噪比。采用恒定頻率為0.5 Hz、寬度為2ms的不同刺激電壓,產(chǎn)生一系列AP。誘發(fā)的AP峰值隨外加刺激電壓的增加而增加,在電壓達(dá)到1.6V后保持穩(wěn)定,這可能與神經(jīng)細(xì)胞的飽和跨膜電位有關(guān)。值得注意的是,碳電極記錄的AP明顯高于Pt電極。結(jié)果顯示,碳烯電極表現(xiàn)出比傳統(tǒng)金屬電極更好的性能,其峰-峰AP比Pt電極高310%。

來源:高分子科學(xué)前沿

更多
  
  下一篇:
集萃網(wǎng)版權(quán)與免責(zé)聲明:
1、凡本網(wǎng)注明“來源:集萃印花網(wǎng)”上傳的所有內(nèi)容:文字、圖片和音頻視屏等稿件,版權(quán)均屬于本網(wǎng)站,未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán),任何媒體、網(wǎng)站和個人不得轉(zhuǎn)載或以其他方式使用注有“集萃印花網(wǎng)”的所有信息。若要轉(zhuǎn)載,務(wù)必取得本網(wǎng)站的許可(客戶服務(wù)),并要注明來源。如若違反上訴聲明,本網(wǎng)必將追究相關(guān)法律責(zé)任。
2、本網(wǎng)轉(zhuǎn)載的其他文章,都注明了來源。本網(wǎng)轉(zhuǎn)載是為了傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)或?qū)ζ湔鎸?shí)性負(fù)責(zé)。對于要轉(zhuǎn)載此類文章的媒體、網(wǎng)站及個人,必須保留本網(wǎng)注明的“稿件來源”,若有擅自篡改來源,均與本網(wǎng)站無關(guān),其轉(zhuǎn)載者自負(fù)法律責(zé)任,同時本網(wǎng)也必將依法追究責(zé)任。
精彩圖集

最新資訊

流行趨勢

點(diǎn)擊排行
日排行
周排行
月排行