[发明专利]一种复合材料、微电极及其制备方法和应用

说明书

本发明的复合材料、微电极及其制备方法和应用，属于纳米材料和生物电子材料技术领域。本发明的复合材料，为金属纳米枝晶表面修饰掺杂的导电聚合物结构；所述掺杂的导电聚合物，包括聚乙烯二氧噻吩和掺杂剂。本发明的微电极，电极材料上的装饰材料为上述复合材料，极大地增加了电极的有效表面积，提高了电极的综合性能，且粘附力较好。本发明的微电极的制备方法，采用电化学沉积法制备，镀层均匀性好，电化学和生物性能均较好，可重复性好，方法简单易操作，可批量生产。本发明的复合材料在神经电极刺激/记录，或电化学传感/催化，或抗生物污染领域中具有广泛的应用。

技术领域

本发明属于纳米材料和生物电子材料技术领域，尤其涉及一种复合材料、微电极及其制备方法和应用。

背景技术

神经接口为生物信号的记录和神经刺激等提供了一个窗口，这可以通过使用微电极作为组织和外部设备之间的桥梁来实现，广泛应用于人工耳蜗、人造视网膜、神脑刺激器等植入式器件。尽管电极的微型化和集成化发展，满足了高密度便携、可穿戴、可植入式电子产品的需求，但其电化学性能如阻抗、电荷存储能力和电荷注入能力等需要大幅改善，以满足临床更高的刺激/记录需求。因此，需要对电极进行表面修饰来增加其有效面积，改善电极的机械性能和电化学性能。

现有技术中，通过在电极表面沉积一层粗糙或不规则的铂灰来替换铂黑，该镀层虽然具有一定的粗糙镀，但其电化学阻抗仍较高，电荷存储能力较低，限制了其刺激效率；此外，具有法拉第赝电容性质的材料，如氧化铱和导电聚合物近年来获得许多关注，氧化铱作为修饰材料具有更低的阻抗和更高的电容优势，且生物相容性好，但应力较大，与电极衬底的粘附性能普遍不好；导电聚合物具有较好的电导率和生物相容性，与组织间的应力匹配也较好，其中聚吡咯(PPy)和聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)在修饰神经电极中的应用最多，但与衬底的粘附力也较差，长时间的电刺激会使高分子膜发生破裂和脱落，因而不太适用于对生物兼容要求严格的神经电极刺激方面。另外，还可以添加合适的生物粘附剂，来改善导电聚合物的粘附性能，但相对较复杂。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供一种新的微电极表面修饰材料，与衬底的粘附力较好，可有效提高神经电极性能，并能获得优异的电化学检测性能和抗生物污染性能，具备一定的普适性。

为实现上述目的，本发明提供一种复合材料，为金属纳米枝晶表面修饰掺杂的导电聚合物结构；所述掺杂的导电聚合物，包括聚乙烯二氧噻吩和掺杂剂。

优选地，所述掺杂剂为十二烷基硫酸钠、硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、聚苯乙烯磺酸钠、氨基酸中的任意一种；

所述金属纳米枝晶的材质为金、银、铂、铜、钛中的一种或者两两相结合的复合物。

本发明还提供一种微电极，电极上的装饰材料为上述复合材料。

本发明还提供一种如上所述的微电极的制备方法，包括以下步骤：

将微电极阵列置于丙酮或乙醇溶液中超声清洗，再进行酸洗；

采用电化学方法，在所述微电极阵列上通过电化学沉积制备所述金属纳米枝晶；

采用电化学方法，在所述金属纳米枝晶表面通过电化学沉积一层所述掺杂的导电聚合物。

优选地，所述酸洗采用的酸为稀盐酸、稀硫酸、氨基磺酸中的任意一种；电化学方法均通过电化学工作站采用三电极体系完成，修饰电极作为工作电极，铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极。

优选地，所述金属纳米枝晶的材质为金纳米枝晶，其制备方法如下：

在酸性条件下通过电化学沉积得到金纳米枝晶，其中，金盐电解液的浓度为0.05mM～10mM，酸的浓度为0.05mM～5mM；采用恒电位沉积，电压为-0.05V～-0.75V，或恒电流沉积，电流为-0.01μA～-1μA，沉积时间为5min～60min。