[发明专利]一种基于导电聚合物凝胶的纳米微电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于导电聚合物凝胶的纳米微电极及其制备方法，将吡咯溶解于乙醇溶液中，加入己烷‑1,6‑二磺酸钠和过硫酸钠，快速搅拌后，所得溶液倒入阴模中离心处理后，静置12h，待模具内的液体固化后，将其从模具中取出，置于磷酸缓冲盐溶液PBS中清洗多次后取出，得到纳米微电极。本发明方法基于导电聚合物凝胶为原料制备纳米微电极，通过在电极位点表面制作纳米凸起结构，增加电极位点的有效表面积，从而降低电极‑电解质界面阻抗，提高电极的电学性能；同时基于导电聚合物凝胶为原材料的制备方法，可以通过改变模具的形状结构制备出适用于各类场合的纳米微电极，电极制备工艺简单，制作成本低，适合大规模的工业生产。

技术领域

本发明涉及纳米微电极领域，具体是一种基于导电聚合物凝胶的纳米微电极及其制备方法。

背景技术

目前，电极被广泛地应用于电生理、电化学、环境监测以及器官修复等领域。在这些应用领域中，电极作为环境(常为液相环境)与后端处理电路的桥梁，其性能直接影响着整个系统性能的发挥；微机电(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)工艺的发展使得电极朝微型化(纳米微电极)的趋势发展。纳米微电极有很多优势，例如：1)空间分辨率高；2)对现场的破坏程度小；3)信息高通量；4)微电极阵列能与大面积的实际环境交互等。

由于微型化的趋势限制了电极上电极位点的尺寸，使得电极位点的尺寸越来越小。然而小面积的电极位点导致了纳米微电极拥有较高的界面阻抗，进而制约了微电极性能。

为了解决这个矛盾，目前主要通过两个途径来解决这个问题：1)使用高电学性能的材料：如Weiland，J.D.在文献“Weiland，J.D.and M.S.Humayun，A biomimetic retinalstimulating array.Engineering in Medicine and Biology Magazine，IEEE，2005.24(5)：p.14-21.”中披露氧化铱材料(界面电容约为3mC/cm2)具有10倍于常用铂材料(界面电容约为0.3mC/cm2)的电学性能，因而选用氧化铱材料制作的电极能获得更好的电学性能；2)增加电极位点的有效表面积：如Hung，A.在文章“Hung，A.，et al.，Micromachinedelectrodes for high density neural stimulationsystems.Micro ElectroMechanical Systems，2002.The Fifteenth IEEE International Conference on，2002：p.56-59.”中披露通过在电极表面制作微米尺度的三维凸起凹形结构，使得电极的性能提高了约4倍。然而上述方法中，一则基于氧化铱材料的微电极因材料昂贵、制作工艺相对复杂，应用存在较大限制；而基于电镀方式形成凸起结构以增加电极位点的有效表面积的方法，改进效果非常有限。由于纳米结构具有高比表面积特点，所以研究人员已开始探索在电极位点表面制作纳米结构，以增加电极位点的有效表面积，从而降低电极-电解质界面阻抗，提高电极的电学性能。斯坦福大学的Wang等人通过在电极位点表面生长碳纳米管，大大提高了电极位点的有效表面积(约300倍)(文献：Wang K，Fishman HA，Dai H，HarrisJS.Neural Stimulation with a Carbon Nanotube Microelectrode Array.Nano Lett.，2006，6(9)：2043-2048.)，这极大地改善了电极的电学性能和电极工作时的电化学稳定性。但是该方法中电极表面碳纳米管地生长需要700℃-800℃的高温条件下完成，同时需要配备复杂昂贵的设备，其应用具有一定的局限性。

因此，如何降低制备纳米微电极的成本同时又能改善微电极的电学性能，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于导电聚合物凝胶的纳米微电极及其制备方法，在降低纳米微电极制作成本的同时，通过增加电极位点的有效表面积以改善纳米微电极的导电性能。