神经动作电位记录与信号传送是神经电极界面的主要功能,而对于其性能则取决于阻抗大小以及信号记录点与神经组织间相接触的接触情况。因为生物电信号幅度小,而信号源内阻大,神经电极界面在信号灵敏性、生物相容性和长期有效性等方面面临挑战。相比于神经突的三维网络结构,电极表面近似于一个二维平面,与神经组织的有效接触面积比较小,这样也就影响了电极与神经组织的结合;坚硬锋利的电极材料和柔软的中枢神经组织二者的机械性能存在巨大差异(神经电极模量为100GPa、中枢神经海马组织100kPa),组织与电极间粘着应变不匹配这将会引起电极周围组织发炎,形成伤痕组织,阻碍电极与神经元间的信号传递。国内外科学工作者致力于研究开发各种电极修饰方法与电极修饰材料。

截止目前,大多数的神经电极的基底是由稳定金属构成的,如铂,金,铱,钛和不锈钢等[28]。但是裸露的金属电极与神经组织间的接触不良,它们灵敏性很差。将CNT材料应用于神经电极中[29-31],有很多优势,不但有效的提升电极的稳定性,而且其形成的多孔涂层附着在神经电极表面,能够很好地增加有效表面积,提高电子转移效率,并且有效的调节了电极的生物相容性。同时,提高了神经性能,有利于神经信号的记录,神经组织间相接触,降低了阻抗。在信号灵敏度以及生物相容性,长期有效性上均得到长足的进展[11] 。

碳纳米管修饰电极的方法繁多,总的来讲可分为如下的几类:涂抹法[32]、嵌入法、吸附法、固定修饰法、共沉积法。

涂抹法[32]:将经修饰分散后的碳纳米管滴加到电极(ITO、玻碳、金等)表面,经红外灯或室温下晾干以去掉溶剂。此方法简单方便,得到的碳管性能优良,也最先得到采用。但此种方法中溶剂和碳纳米管之间的作用力小,操作过程中滴加的溶剂过量也可能导致膜层太厚,这样就阻碍了电极中电子的传递。

嵌入法:王宗花等[33]人采用研磨法于石墨电极中研磨碳纳米管,得到石墨层中镶嵌有碳纳米管的修饰电极。碳纳米管的填加提高了物质的检测电流,增强了对分子的电催化和检测作用。

吸附法:在电化学的作用下,碳纳米管吸附到电极表面修饰电极。Nakashima等人[34]将切短后的SWNTs,通过一定电压的作用,当表面活性剂分散在水溶液中时,碳纳米管将会吸附在电极上。此方法可以利用控制通电时间来量化碳纳米管的沉积量。但是,相比于直接涂抹法,沉积量还是会小很多。

固定修饰法:当碳纳米管无序分布在电极上的时候,便是前面介绍的碳纳米管修饰电极法。一些学者致力于研究碳管的有序分布,Dai[35]研究团队利用CVD的方法制作电极,在制作过程中他们将碳纳米管直接垂直生长到电极表面,使之具有较为优异的性能。2000年,北京大学LIU ZF [36]提出了一种固定修饰电极的新方法,即在电极表面垂直固定碳纳米管,并利用原子力显微镜来观察它的形貌特征,这种方法得到了比较广泛的认可。在此之后,相当多的一批研究者在LIU的基础上,使用碳纳米管自组装阵列,但是在此后的研究报道中,并没有关于完美呈现碳纳米管在电极表面存在的高度和垂直阵列方式的报道,一些信息也没有得到较为深入的解释。

共沉积法:在聚合过程中,把碳纳米管分散进入聚合物单体,作为掺杂剂进入到聚合物内部。2004年,WU K B 研究团队[37]第一次提出电化学共沉积法,由于茜素红(ARS)和MWNTs间通过非共价作用(如范德华力,π-π间作用力)溶解到均相溶液中,利用电化学聚合的方法把它沉积在玻碳电极上,这种制备方法较为简单,与此同时MWNT的膜厚是可以控制的。

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