神經(jīng)電極在獲取神經(jīng)電信号方面(河費miàn)起(qǐ)著(zhe)重要習用作用，因此有利于健康監測和醫學(xué)診議們斷。根據植入方式的不同，神經(jīng)電極可分為神經(jīng)内電極和現開神經(jīng)外電極。由于神經(jīng)内電極存在損傷軸突和血管的可能(自音néng)性，因此無創的神經(jīng)外電極是首選。與神經(jīng)内鐘高電極相比，附著(zhe)在神經(jīng)上的神經(jīn吧技g)外電極在減少神經(jīng)損傷方面(miàn)有很大的優勢票東。神經(jīng)外電極面(miàn)臨的最大挑戰是其電極-神經嗎了(jīng)界面(miàn)在神經(jīng)運動過黑可(guò)程中的不穩定性。

受碳納米管優良機械特性的啟發(fā)，中國(guó)科學(xué)院蘇見場州納米技術與納米仿生研究所與北京大學(xué)研究團隊設計了一種(zhǒ場要ng)自适應、可伸縮、生物相容的碳烯費喝體外電極。該電極將(jiāng)剛性嗎數的二維石墨烯納米片集成(chéng)在軟碳納米管(的就CNT)纖維上，其中硬質納米片和軟質納米管以sp2納米碳為主。由于碳筆校納米管纖維柔性和堅固的特性，雜化碳鐵紅電極可以方便地定制成(chéng)各種我訊(zhǒng)複雜的形狀，其機械模量範圍很寬(0.5~600 kPa)體場，這(zhè)于神經(jīng)的機械匹配方面(m機美iàn)發(fā)揮了重要作用。此外，雜化碳烯纖維還(hái)具有優山大良的導電性和極高的生物相容性。結果表明，與傳統的金屬電極相比，碳烯電極是廠表現出更好(hǎo)的性能(néng)，峰-峰值的動作電位比商品鉑電極要高31訊信0%。綜上所述，此研究提出了一種(zhǒng)組裝可裁剪、生物相容弟吧性好(hǎo)的碳電極的新策略，為下一代神經(jīng)電極的設計開(短也kāi)辟了一條新的途徑。相關工作以題為“Mod制白ulus-Tailorable,好可 Stretchable, and Bio舊水compatible Carbonene Fib計去er for Adaptive Neural Electrode”的自街研究論文，發(fā)表在《Advanc和音ed Functional Materi市業als》上。

雜化碳烯纖維的設計和制備

研究采用模闆誘導法，先將(jiāng)軟碳納米管纖維粘家費在模闆上。然後(hòu)，通過(guò)無催化劑的熱化學(xué)氣相子書沉積工藝在CNT襯底上生長(cháng)剛性石墨烯河師納米片（highly disordered gra子拍phene nanosheets，HDGN兵書s），最終將(jiāng)其從模闆中拿出後(hòu)仍保持預定的複雜形狀。對村民(duì)于不同的應用場合，通過(guò)改變模闆的形狀可以方便地冷票定制雜化碳纖維的形狀。

具有獨特性能(néng)的雜化碳烯纖維的設計

混合碳烯纖維的基本機械和電氣性能(n要們éng)

為了解碳纖維的本征力學(xué)性店空能(néng)，研究首先對(duì)直接混雜的碳烯纖坐草維進(jìn)行了拉伸試驗。結果表明，随著(zhe)女森沉積時(shí)間的增加，碳烯纖維的楊氏模量有明顯增加，而韌性卻明顯降低。碳服文納米管粗纖維的拉伸強度為1.0 GPa左右，答舊楊氏模量為30.1 GPa左右，韌性為38.坐公0 MJ／m3左右。另一方面(miàn)，碳烯彈簧在0~7森物00%應變範圍内的整個應力-應變曲線如下圖C所示謝體，從而證明文章所提出的碳烯彈簧具有很好(hǎo)的柔韌性。HDGNs的引少都入還(hái)會(huì)影響材料的店業電學(xué)性能(néng)。雖然碳納米管纖維具有高達1.件木5×105 S／m的良好(hǎo)導電性，比大多數碳材料的鐵低導電性更好(hǎo)，但通過(guò)在其表面(miàn)塗覆HD吃作GNs可以進(jìn)一步提高其導電性。

混合碳烯纖維的基本機械和電氣性能(néng)

雜化碳烯纖維的結構分析

混合碳烯彈簧作為神經(jīng)電極的實驗

研究將(jiāng)混合碳烯影文彈簧的電極植入牛蛙坐骨神經(jīng)表面(miàn見風)以記錄動作電位（AP）。在坐骨神經(jīng美人)的一端采用一根鉑絲作為刺激電極，而在另一端采用兩(liǎ銀說ng)個混合碳烯彈簧電極作為記錄電極。由于彈簧電極具有良好(hǎo家算)的形狀恢複性能(néng)和在大變形下的電導率穩定性，彈簧看用電極可以在動态運動過(guò)程中緊密地附著老為(zhe)在神經(jīng)上并傳遞信号。在一還一系列單相矩形波刺激下，誘發(fā)的AP沿神經(jī開光ng)傳遞，并經(jīng)由彈簧電極記錄。由于雜化羰基站光光纖具有突出的電性能(néng)老湖和機械性能(néng)，得到(dào)的信号顯示出較新信高的信噪比。采用恒定頻率為0.5 Hz、寬度為2ms的不同從信刺激電壓，産生一系列AP。誘發(fā)的AP峰秒空值随外加刺激電壓的增加而增加，在電壓達到雜身(dào)1.6V後(hòu)保持穩定，這(zhè)林校可能(néng)與神經(jīng)細胞的飽和跨膜電位她商有關。值得注意的是，碳電極記錄的AP明顯高于Pt明村電極。結果顯示，碳烯電極表現出比傳統金屬電極更好(hǎo)的性能會白(néng)，其峰-峰AP比Pt電極高310%。

混合碳烯彈簧作為神經(jīng)電極的應用