本發(fā)明屬于材料領域，涉及一種二維材料修飾的神經電極及制備方法。

背景技術：

1、神經電極是用于記錄和激活神經元活動的關鍵工具，在神經科學、神經調控治療和腦機接口等領域發(fā)揮著重要作用。這些電極植入到神經組織中，記錄神經信號并探究神經系統功能。在科學研究中，它們有助于理解神經網絡結構、神經疾病機制和治療方法；在臨床上，可治療帕金森病、癲癇等神經系統疾??；在工程領域，應用于腦機接口和神經假肢等技術，幫助恢復運動功能和溝通能力。因此，神經電極在多個領域為人類健康和技術發(fā)展提供支持。在過去的幾十年里，神經電極的設計和制造已經取得了重大進展。傳統的神經電極通常由金屬材料(如鉑、鎢、銀等)制成，但這些材料存在電極與組織的相容性差、阻抗高、長期穩(wěn)定性差等限制，難以用于慢性刺激和長期記錄。因此，新的材料和制備技術亟待探索，以改善神經電極的性能和應用。

2、二維材料因其優(yōu)異的電化學特性、高表面積和良好的生物相容性引起了廣泛關注。然而，目前尚無關于二維材料修飾神經電極的報道。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的是克服現有技術的不足，提供一種可用于慢性刺激和長期記錄的二維材料修飾的神經電極。

2、本發(fā)明的第二個目的是提供一種二維材料修飾的神經電極的制備方法。

3、本發(fā)明的技術方案概述如下：

4、一種二維材料修飾的神經電極的制備方法，包括如下步驟：

5、1)對直徑為10-200微米的金屬絲表面用砂紙打磨進行粗糙化處理，用去離子水沖洗，依次用丙酮和無水乙醇超聲清洗，干燥，得到神經電極基底；配制聚酰亞胺溶液為絕緣材料溶液；

6、2)將所述神經電極基底浸于所述絕緣材料溶液中，取出，干燥，或用絕緣材料溶液涂覆于所述神經電極基底表面，干燥；

7、3)在步驟2)獲得的外表面設置有絕緣材料的神經電極基底的近一端處，沿垂直于所述外表面設置有絕緣材料的神經電極基底的長軸方向截斷，得到帶有一個截斷面的神經電極，所述截斷面為記錄位點；

8、4)將步驟(3)獲得的神經電極作為工作電極，鉑電極作為對電極，ag/agcl作為參比電極，接入電化學工作站中，在電解池中加入濃度為0.05-5mg/ml的二維材料水溶液作為電沉積工作液，沒過所述記錄位點，通過電化學沉積，使二維材料均勻地沉積在記錄位點表面，用去離子水沖洗，干燥，獲得一種二維材料修飾的神經電極。

9、優(yōu)選地，金屬為金、銀、銅、鉑、鎢、銥、鉭、鎳、鈀、鉻、鈮、銦、鉑銥合金、鎳鈦合金、鎢鉑合金、鎳鈷合金、鉻鎳合金或不銹鋼。

10、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、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜、四氫呋喃或丙酮。

11、優(yōu)選地，聚酰亞胺溶液的質量濃度為30％-60％。

12、優(yōu)選地，二維材料為mxenes、wse2、vse2、wse2p、bi2o2se、sete、tio2、si3n4、aln、insnn、cn、tin、ws2或h-bn。

13、優(yōu)選地，電化學沉積為恒電流沉積、恒電壓沉積或多電位階躍沉積。

14、優(yōu)選地，恒電流沉積的沉積電流為0.005-0.5ma，沉積時間為1-90s。

15、優(yōu)選地，恒電壓沉積的沉積電壓為0.05-3v，沉積時間為1-60s。

16、優(yōu)選地，多電位階躍沉積，階躍電壓為0.05-3v，沉積時間為1-35s。

17、上述制備方法制備的一種二維材料修飾的神經電極。

18、本發(fā)明的優(yōu)點：

19、本發(fā)明的一種二維材料修飾的神經電極，修飾層的高比表面積可以增加電極記錄位點與周圍神經組織的接觸面積，從而降低電極-組織界面的阻抗；高電導率和出色的電荷傳輸性能以及優(yōu)異的電催化性能可顯著提升神經電極的靈敏度和信噪比，提高信號采集效率和精度。修飾過程中預期引入的范德華異質結能夠在長期使用過程中保持結構的穩(wěn)定性，可用于慢性刺激和長期記錄；聚酰亞胺絕緣層和二維材料修飾層均具有低毒性和優(yōu)異的生物相容性，能夠減少組織損傷和植入后的炎癥反應，延長神經電極的使用壽命和提高穩(wěn)定性，滿足臨床和科研需求。聚酰亞胺絕緣層還具有高機械強度和穩(wěn)定性，減少材料的機械磨損和斷裂，提高使用壽命；化學惰性和抗氧化性還能有效減少神經電極與周圍環(huán)境之間的相互作用，抵御氧化環(huán)境對其影響，有效提高神經電極的長期穩(wěn)定性。在制備過程中，可以根據需求靈活選擇不同種類的二維材料，調節(jié)修飾層的厚度、形貌和化學特性，以平衡電極尺寸和阻抗之間的矛盾，靈活適應不同應用場景和需求。

技術特征：

1.一種二維材料修飾的神經電極的制備方法，其特征是包括如下步驟：

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是所述金屬為金、銀、銅、鉑、鎢、銥、鉭、鎳、鈀、鉻、鈮、銦、鉑銥合金、鎳鈦合金、鎢鉑合金、鎳鈷合金、鉻鎳合金或不銹鋼。

3.根據權利要求1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、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜、四氫呋喃或丙酮。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是聚酰亞胺溶液的質量濃度為30％-60％。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是所述二維材料為mxenes、wse2、vse2、wse2p、bi2o2se、sete、tio2、si3n4、aln、insnn、cn、tin、ws2或h-bn。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是所述電化學沉積為恒電流沉積、恒電壓沉積或多電位階躍沉積。

7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征是所述恒電流沉積的沉積電流為0.005-0.5ma，沉積時間為1-90s。

8.根據權利要求5所述的制備方法，其特征是所述恒電壓沉積的沉積電壓為0.05-3v，沉積時間為1-60s。

9.根據權利要求5所述的制備方法，其特征是所述多電位階躍沉積，階躍電壓為0.05-3v，沉積時間為1-35s。

10.權利要求1-9之一的制備方法制備的一種二維材料修飾的神經電極。

技術總結
本發(fā)明公開了一種二維材料修飾的神經電極及制備方法，步驟：1)制備神經電極基底；2)將神經電極基底浸于絕緣材料溶液中，取出；3)在神經電極基底的近一端處截斷，得到帶有一個截斷面的神經電極，截斷面為記錄位點；4)將步驟3)獲得的神經電極作為工作電極，與鉑電極，Ag/AgCl電極，接入電化學工作站，二維材料水溶液作為工作液，使二維材料均勻地沉積在記錄位點表面，即得。本發(fā)明的神經電極，修飾層的高比表面積降低電極?組織界面的阻抗；高電導率和出色的電荷傳輸性能、優(yōu)異的電催化性能顯著提升神經電極的靈敏度和信噪比，提高信號采集效率和精度；長達30天性能穩(wěn)定，適合用于慢性刺激和長期記錄。

技術研發(fā)人員：張曉東,唐萬宇,劉爽杰,王浩
受保護的技術使用者：天津大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30