Applikationsschema. Kredit:SIAT
Invasiva och implanterbara anordningar har använts i neurala proteser för att diagnostisera eller behandla sjukdomar. Neurala elektroder är en nyckelbrygga mellan intern vävnad och externa enheter.
Nyligen föreslog Prof. Wu Tianzhuns team från Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) vid den kinesiska vetenskapsakademin en ny beläggningsstrategi som kan förbättra prestandan hos neurala elektroder.
Studien publicerades i Advanced Materials Interfaces som främre omslag.
Miniatyrisering och integration av neurala elektroder kommer att ge högre effektivitet för elektrisk stimulering/inspelning i klinisk praxis. Emellertid är gränssnittsimpedansen extremt hög med elektrodens krympande storlek, vilket kraftigt minskar dess laddningslagring och injektionskapacitet, och därmed begränsar dess praktiska tillämpning.
Baserat på ovanstående överväganden utvecklade Prof. Wus grupp platina (Pt) och iridium (Ir) nanomaterial i sitt tidigare arbete för att effektivt förbättra den elektriska prestandan och stimuleringseffektiviteten på grund av deras utmärkta elektriska och katalytiska egenskaper, såväl som överlägsen stabilitet och biokompatibilitet .
I den här studien vidareutvecklade forskarna en blomformad Pt-nanokristall med intensiv yta med hög yta som ett mellanskikt för ackumulering av en låghalt IrOx med förbättrad vidhäftning, som visar en multiplikatoreffekt.
Jämfört med bar Pt-elektrod av samma storlek, impedansen för IrOx /Pt blombelagd mikroelektrod vid 1 kHz var nere på ≈2 kΩ, med en minskning på 94,23 %. Motsvarande katodladdningslagringskapacitet och laddningsinjektionskapacitet ökades upp till 202,75±2,18 mC×cm -2 och 6,53±0,16 mC×cm -2 , respektive.
IrOx lager fäst tätt mot Pt nanokristaller, vilket visar robust kronisk stabilitet under kontinuerlig elektrostimulering för 1×10 8 cykler.
Andra kandidater som Pt nanocone och Pt leaf nanostrukturer kombinerade med samma innehåll av IrOx visade också signifikant förbättrad elektrisk prestanda för neurala elektroder.
Noterbart uppvisade de färdigställda beläggningarna god biosäkerhet och lovande elektrokatalytisk aktivitet mot syreutvecklingsreaktion i 0,5 M H2 SO4 .
IrOx hjälpte till att minska Tafel-lutningen för Pt-blomma från 162,9 mV×dec -1 till 41,1 mV×dec -1 drastiskt, även med utmärkt hållbarhet efter kronoampometritest.
Dessutom, efter 48 timmars odling, täcks yttäckningen av Escherichia coli på IrOx /Pt-blomelektroden var mycket lägre än den på den plana Pt-elektroden, vilket bekräftade dess potentiella antibakteriella förmåga.
"Strategien kan tillämpas i neurala gränssnitt, vattenoxidation, antibiologisk förorening, och förväntas användas i flexibel bioelektronik och energilagring såsom neurala proteser, effektiv stimulerings-/inspelningselektroder och biosensing och andra praktiska tillämpningar," sa Dr Zeng Qi, den första författaren till denna studie. + Utforska vidare
