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《浙江大学》 2011年
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导电聚吡咯复合材料的制备及其神经微电极修饰

邓萌  
【摘要】:植入式神经探针是指能够测量单个神经元细胞的生物电势并能从外部对神经细胞进行电刺激的微电极阵列,是近二十年来随医学、材料学和微电子机械系统技术发展而产生的新兴科学成果,对多种脑部疾病的治疗有着重要的意义。目前植入式探针发展所面临的一个挑战是微电极与细胞界面阻抗过大,从而引起电信号的衰减,影响探针的长期性能。通过在微电极表面构筑一层具有低阻抗、高电荷注入和良好生物相容性的导电高分子修饰层,可以提高探针的长期稳定性。本论文以导电聚吡咯对象展开研究工作,旨在通过简单、经济的手段合成性能符合需求的神经微电极修饰层,研究合成条件对修饰后微电极的性能影响,探索可用于神经微电极修饰的新型复合材料。 论文的第一章综述了导电高分子聚吡咯及其复合材料的研究进展,介绍了聚吡咯在传感器方面的应用。 论文的第二章以吡咯单体为原料,使用了聚苯乙烯磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠两种掺杂剂,改变电化学聚合条件,分别在表面带有铂层的硅片和神经微电极上电化学沉积了菜花状、紧密堆积的空心球体、圆盘状及牙膏状的一系列导电聚吡咯涂层。讨论了对离子种类、吡咯单体浓度及聚合过程沉积电量密度等参数对聚吡咯涂层的形貌及修饰后微电极电化学性能的影响,通过电化学阻抗谱和循环伏安测试发现经聚吡咯修饰后的微电极在1 kHz处的阻抗比未经修饰的微电极降低了3个数量级,充电容量密度可提高至250倍。我们还通过小鼠海马神经元细胞培养研究了聚吡咯涂层的生物相容性。 论文的第三章以吡咯单体和氧化石墨烯片层为原料,使用了聚苯乙烯磺酸钠和1,5-萘二磺酸两种掺杂剂,改变电化学反应条件,采用简单的一步电化学法在导电玻璃表面合成了一系列聚吡咯/氧化石墨烯复合膜。通过红外光谱、拉曼光谱、X射线衍射、热重分析和场发射扫描电镜等手段,对制备的复合材料进行了结构和形貌的表征。讨论了电化学合成方法、对离子种类及浓度、聚合过程沉积电量密度等参数对聚吡咯涂层形貌的影响。在实验研究的基础上,结合文献讨论了聚吡咯/氧化石墨烯复合材料的电化学共沉积过程及反应机理。并进一步制备了固定葡萄糖氧化酶的聚吡咯/氧化石墨烯复合膜修饰玻碳电极,初步探索了复合膜作为葡萄糖酶电极的应用。 论文的第四章是在第三章的基础上,利用氧化石墨烯片层与吡咯阳离子自由基及聚吡咯之间的静电作用力,采用电化学方法直接在神经微电极表面合成了具有粗糙表面及聚吡咯包裹氧化石墨烯片层的三明治鼓包结构的聚吡咯/氧化石墨烯复合涂层。讨论了聚合过程沉积电量密度、对离子浓度及氧化石墨烯含量等参数对聚吡咯/氧化石墨烯涂层形貌的影响,通过改变电化学反应条件调控了修饰后微电极的电性能。聚吡咯/氧化石墨烯涂层修饰的微电极在1 kHz处的阻抗小于未经修饰微电极阻抗的10%,微电极的充电容量密度也相应地提高了2.5个数量级,且复合材料修饰微电极的电性能比单纯聚吡咯修饰的微电极也有所提高。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB332

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【参考文献】
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