科研职员开辟出可普适于神经界面、水氧化及抗生物净化的电极资料

起源：深圳先进院 2021-11-18 12:21

近日，中国迷信院深圳先进技术研讨院生物医学与安康工程研讨所微纳中间研讨员吴天准团队研收回一种普适于神经界面、水氧化及抗生物净化的功效化电极资料。相关研讨结果以Platinum Nanocrystal Assisted by Low-Content Iridium for High-Performance Flexible Electr

近日，中国迷信院深圳先进技术研讨院生物医学与安康工程研讨所微纳中间研讨员吴天准团队研收回一种普适于神经界面、水氧化及抗生物净化的功效化电极资料。相关研讨结果以Platinum Nanocrystal Assisted by Low-Content Iridium for High-Performance Flexible Electrode： lications on Neural Interface， Water Oxidation and Anti-Microbial Contamination为题在线颁发于Advanced Materials Interfaces上，并当选为封面文章。

近年来，侵入式和植入式器件已普遍利用于天然耳蜗、天然视网膜、深脑刺激器等神经假体，以便医治和神经疾病。此中神经电极作为连贯外部组织与内部设备之间的桥梁，正朝着微型化和集成化的偏向倒退，这将为临床提供更高的电刺激/记载效率。然而，电极尺寸的年夜幅度放大会形成极年夜的界面阻抗，重大下降了其电荷存储和注入才能等性能，从而限定了其临床利用。基于上述思索，研讨职员在后期任务中已研收回铂、铱修饰资料（Electrochim. Acta， 2017， 237， 152-159； Adv. Mater. Interfaces， 2019， 6， 1900356； ACS l. Mater. Interfaces， 2020， 12， 14495-14506； IEEE Sens. J. 2021， 21. 22868-22877），无效改善了神经电极的电学性能和刺激效率。

在后期根底上，研讨职员进一步开辟出了具备极年夜外表积的3D铂枝晶，同时应用极慢速扫描堆积的办法将低含量的氧化铱颗粒（＜3 wt% Ir）较好地附着于铂纳米枝晶构造上。研讨成果标明，在微电极外表（电极直径：200 mm）修饰铂纳米枝晶资料后，电化学阻抗相比未修饰电极下降了94%以上，阴极电荷存储才能增年夜了30倍。持续修饰低含量的氧化铱纳米颗粒，可使上述性能迅速翻倍，这是因为该复合资料外表通过可逆法拉第进程注入电荷时，有响应的氧化还原反馈产生，此时电极/组织界面可以包容更多的电荷。该复合资料修饰的电极在颠末1亿屡次的间断电脉冲刺激后，氧化铱薄层仍旧牢固附着在铂枝晶构造上，电性能无显着降低，稳定性优异。

此外，铂和铱具备优异的催化性能，常作为析氢反馈（HER）和析氧反馈（OER）的电催化剂。该团队在后期已通过电堆积伎俩制备了一种铂纳米资料，在HER中表示出微小后劲（Chin. Chem. Lett. 2020， 31， 2478）。然而，水的电解效率往往受限于OER的高过电位。基于此，团队将修饰有上述低含量氧化铱的铂纳米枝晶电极用于OER，发当初0.5M H2SO4中仅需150 mV的低过电位，即可到达10 mA×cm-2的电流密度；氧化铱的退出使铂纳米枝晶的Tafel斜率下降了75%（~41 mV×dec-1）。在该电流密度下颠末12h的恒电流测试后，电极外表的宏观构造和催化性能未产生显明变动，表示出优异的催化稳定性。此外，思索到微生物粘附惹起的生物净化会限定植入器件的服务周期，团队进一步摸索了该电极的抗微生物净化才能。研讨发现，经培育48h后，年夜肠杆菌在具备铂铱纳米复合枝晶构造的电极外表笼罩率远远低于立体铂电极，证明了其潜在的抗菌才能。(100yiyao.com）

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