Ny belægningsstrategi forbedrer ydeevnen af ​​neurale elektroder

Invasive og implanterbare anordninger er blevet anvendt i neurale proteser til at diagnosticere eller behandle sygdomme. Neurale elektroder er en nøglebro mellem internt væv og eksterne enheder.

For nylig foreslog prof. Wu Tianzhuns team fra Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) ved det kinesiske videnskabsakademi en ny belægningsstrategi, der kan forbedre ydeevnen af ​​neurale elektroder.

Undersøgelsen blev offentliggjort i Advanced Materials Interfaces som forside.

Miniaturisering og integration af neurale elektroder vil give højere effektivitet af elektrisk stimulering/optagelse i klinisk praksis. Grænsefladeimpedansen er dog ekstremt høj med elektrodens krympende størrelse, hvilket kraftigt reducerer dens ladningslagring og injektionskapacitet og dermed begrænser dens praktiske anvendelse.

Baseret på ovenstående overvejelser udviklede Prof. Wu's gruppe platin (Pt) og iridium (Ir) nanomaterialer i deres tidligere arbejde for at forbedre den elektriske ydeevne og stimuleringseffektivitet effektivt på grund af deres fremragende elektriske og katalytiske egenskaber samt overlegen stabilitet og biokompatibilitet .

I denne undersøgelse videreudviklede forskerne en blomsterformet Pt-nanokrystal med et intensivt højt overfladeareal som et mellemlag til akkumulering af et lavt indholds-IrO_x med forbedret vedhæftning, der viser en multiplikatoreffekt.

Sammenlignet med bare Pt-elektrode af samme størrelse, impedansen af ​​IrO_x /Pt-blomsterbelagt mikroelektrode ved 1 kHz var nede på ≈2 kΩ, med en reduktion på 94,23%. Den tilsvarende katodiske ladningslagringskapacitet og ladningsinjektionskapacitet blev øget op til 202,75±2,18 mC×cm ^-2 og 6,53±0,16 mC×cm ^-2 , henholdsvis.

IrO_x lag klæbet tæt til Pt nanokrystaller, hvilket viser robust kronisk stabilitet under kontinuerlig elektrostimulering for 1×10 ⁸ cyklusser.

Andre kandidater såsom Pt nanocone og Pt leaf nanostrukturer kombineret med det samme indhold af IrO_x viste også signifikant forbedret elektrisk ydeevne for neurale elektroder.

Navnlig udviste de fremstillede belægninger god biosikkerhed og lovende elektrokatalytisk aktivitet mod oxygenudviklingsreaktion i 0,5 M H₂ SO₄ .

IrO_x hjalp med at reducere Tafel-hældningen af ​​Pt-blomst fra 162,9 mV×dec ^-1 til 41,1 mV×dec ^-1 drastisk, også med fremragende holdbarhed efter kronoamperometri test.

Derudover, efter 48 timers dyrkning, er overfladedækningen af ​​Escherichia coli på IrO_x /Pt-blomsterelektroden var meget lavere end på den plane Pt-elektrode, hvilket bekræftede dens potentielle antibakterielle evne.

"Strategien kan anvendes i neurale grænseflader, vandoxidation, antibiologisk forurening og forventes at blive brugt i fleksibel bioelektronik og energilagring såsom neurale proteser, effektiv stimulerings-/optagelseselektroder og biosensing og andre praktiske anvendelser," sagde Dr. Zeng Qi, den første forfatter til denne undersøgelse. + Udforsk yderligere

Nyt foreslået strategi tilbyder smart fleksibel neurale elektrode med høj effektivitet