一种氧化铱/铂纳米柱复合涂层修饰的微电极阵列及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氧化铱/铂纳米柱复合涂层修饰的微电极阵列，所述微电极阵列的电极表面设置有氧化铱/铂纳米柱复合涂层，所述氧化铱/铂纳米柱复合涂层包括依次设置于所述电极表面的铂纳米柱层和氧化铱层。该微电极阵列以氧化铱/铂纳米柱复合涂层为表面修饰层，该表面修饰层与微电极基底的结合力较好，不容易脱落导致电极失效，并且修饰后的微电极表面积极大地增加，其电化学阻抗明显降低，电极电荷注入容量和电荷存储能力大大增加，从而有利于降低植入的系统功耗，改善电刺激效果，同时该表面修饰层具有良好的生物相容性，使其在生物医学领域的应用大大增加。本发明专利技术还提供了一种氧化铱/铂纳米柱复合涂层修饰的微电极阵列的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电极表面修饰
，特别是涉及一种氧化铱/铂纳米柱复合涂层修饰的微电极阵列及其制备方法。
技术介绍
神经刺激/记录电极作为最重要的植入式微器件之一，用以刺激神经组织或者记录神经电信号(心电、脑电、皮层电信号等等)，广泛用在脑机接口、神经生理、脑科学研究等生命科学领域，是非常重要的研究和诊疗工具。为了减小植入创伤，同时给临床提供更多的刺激模式以及提高电刺激或记录的分辨率，神经刺激电极/记录正在朝着微型化以及阵列化方向发展----微电极阵列。然而，电极尺寸减小随着则带来电极阻抗增加的问题，并最终影响电极的刺激效率。目前，在不增加电极的几何尺寸的情况下，主要是通过表面修饰的方式增加电极的实际表面积，并改善电极的电化学性能。具体地，目前微电极阵列表面修饰的方法大致有以下几种：1、在电极表面修饰一层铂黑(Anal.Chem.1987,59,217-218)，这种方式能使电极的电化学阻抗减小至少一个数量级，但其机械稳定性非常差，同时其修饰层中含有铅等有毒物质，使其不适用于生物医学领域的应用；2、在电极表面修饰一层铂灰(USPatent6974533,2005)，这种涂层具有很好的机械稳定性且无毒，但其表面粗糙度不够大，使其在超高分辨率电极的表面修饰受到一定的限制，且铂黑或铂灰等铂修饰层电荷注入能力较低，不能满足高电荷存储要求；3、经氧化铱(Eng.Med.Biol.Soc.2004,4153-4156)或者导电聚合物(J.Biomed.Mater.Res.2001,56,261-272)修饰的微电极具有极好的电化学性能(如高的电荷注入能力)，但这些材料的粘附力较差，在刺激过程中，很容易从电极表面脱落下来。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术旨在提供一种以氧化铱/铂纳米柱复合涂层为表面修饰层的微电极阵列，该表面修饰层与微电极基底的结合力好，微电极表面积大，电荷存储能力高，且绿色无毒。具体地，本专利技术第一方面提供了一种氧化铱/铂纳米柱复合涂层修饰的微电极阵列，所述微电极阵列的电极表面设置有氧化铱/铂纳米柱复合修饰层，所述氧化铱/铂纳米柱复合涂层包括设置于所述电极表面的铂纳米柱层，以及设置于所述铂纳米柱层表面的氧化铱层。本专利技术中，所述氧化铱/铂纳米柱复合涂层包括依次设置于电极表面的铂纳米柱层和氧化铱层，由于铂纳米柱层具有纳米多孔结构，可提供一表面积较大的粗糙表面，使得铂纳米柱层在电极与氧化铱层之间充当粘附层，既可附着更多的氧化铱，又能增加氧化铱层与电极之间的粘附力；同时，由于氧化铱层具有超高的电荷存储能力，因此本专利技术氧化铱/铂纳米柱复合涂层修饰的微电极阵列兼具高电荷存储能力和高稳定性。本专利技术中，所述氧化铱/铂纳米柱复合涂层的厚度为500nm-5μm，进一步可选地为1μm-4μm、2μm-3μm。不同的厚度会使微电极具有不同大小的表面积。本专利技术中，所述铂纳米柱的直径为50nm-500nm，可选地，铂纳米柱的直径为200nm-300nm。适合的直径既能保证铂纳米柱层具有良好的纳米多孔结构，使其获得一个适宜的粗糙表面。本专利技术中，所述氧化铱层的厚度为10nm-500nm，可选地，氧化铱层的厚度为50nm-400nm、100nm-300nm。适合的氧化铱层厚度可以使微电极阵列具有较高的电荷存储能力。本专利技术中，所述氧化铱/铂纳米柱复合涂层具有三维纳米多孔结构，铂纳米柱层的多孔孔径在50nm-500nm范围，可选地为200nm-500nm、100nm-300nm。三维纳米多孔结构可极大地增大微电极的表面积，大大增加微电极的电荷存储能力。本专利技术中，所述氧化铱/铂纳米柱复合涂层通过先后在所述电极表面电化学沉积铂纳米柱层和氧化铱层而得到。通过电化学沉积方式设置在电极表面的氧化铱/铂纳米柱复合涂层与电极表面的结合力强，不易脱落。本专利技术第一方面提供的氧化铱/铂纳米柱复合涂层修饰的微电极阵列，以氧化铱/铂纳米柱复合涂层为表面修饰层，该表面修饰层与微电极基底的结合力较好，不容易脱落导致电极失效，并且修饰后的微电极表面积极大地增加，其电化学阻抗明显降低，电极电荷注入容量和电荷存储能力大大增加，这有利于降低植入的系统功耗，改善电刺激效果，同时该表面修饰层具有良好的生物相容性，使其在生物医学领域的应用大大增加。第二方面，本专利技术提供了一种氧化铱/铂纳米柱复合涂层修饰的微电极阵列的制备方法，(1)在微电极阵列的电极表面电化学沉积制备铂纳米柱层：提供铂盐溶液，在所述铂盐溶液中加入适量的弱还原剂，混合混匀，得到电沉积溶液A；以铂片为对电极，Ag/AgCl为参比电极，待修饰的微电极为工作电极，与上述电沉积溶液A形成三电极体系，并与电化学工作站相连接；在常温常压条件下，电沉积300-600s，所述微电极表面形成铂纳米柱层，得到铂纳米柱层修饰的微电极阵列；(3)在所述铂纳米柱层表面电化学沉积制备氧化铱层：提供铱盐溶液，在所述铱盐溶液中加入适量的氧化剂以及弱酸，混合混匀，得到电沉积溶液B；以铂片为对电极，Ag/AgCl为参比电极，上述铂纳米柱层修饰的微电极阵列为工作电极，与所述电沉积溶液B形成三电极体系，并与电化学工作站相连接；在常温常压条件下，电沉积300-600s，所述铂纳米柱层表面形成氧化铱层，所述铂纳米柱层和所述氧化铱层构成氧化铱/铂纳米柱复合涂层，即得到氧化铱/铂纳米柱复合涂层修饰的微电极阵列。本专利技术中，所述铂盐溶液为硝酸铂、氯化铂、氯铂酸、六氯铂酸铵、氯铂酸钠、六氯铂酸钾和氯亚铂酸钾中的一种或多种。本专利技术中，加入的弱还原剂可与铂盐发生反应，使电化学还原铂离子并在微电极表面形成单质铂的速度加快，从而形成更为多孔的结构。所述弱还原剂为甲酸、盐酸羟胺、柠檬酸、柠檬酸盐、抗坏血酸、抗坏血酸盐、对苯二酚、邻苯三酚及1,2,4苯三酚中的一种或多种。所述铱盐溶液为氯铱酸、氧化铱、氯化铱、乙酰丙酮铱、六氯代铱酸纳、六氯铱酸钾、六氯铱酸铵、六硝基铱酸钾和十二羰基四铱中的一种或多种。所述的氧化剂为过氧化氢、氧气、臭氧、过氧化钾和过氧化钠的一种或多种。所述的弱酸为甲酸、乙酸、草酸和碳酸的一种或多种。所述电沉积溶液A中，铂盐的浓度为1mmol/L-20mmol/L(例如可以是2mmol/L、5mmol/L、10mmol/L、15mmol/L、18mmol/L)，弱还原剂的浓度为1mmol/L-20mmol/L(例如可以是2mmol/L、5mmol/L、10mmol/L、15mmol/L、18mmol/L)。所述电沉积溶液B中，所述铱盐的浓度为1mmol/L-5mmol/L(例如可以是1mmol/L、2mmol/L、3mmol/L、4mmol/L、5mmol/L)，所述氧化剂的浓度为1mmol/L-5mmol/L(例如可以是1mmol/L、2mmol/L、3mmol/L、4mmol/L、5mmol/L)，所述弱酸的浓度为1mmol/L-5mmol/L(例如可以是1mmol/L、2mmol/L、3mmol/L、4mmol/L、5mmol/L)。本专利技术中，所述电沉积的方式为恒电位沉积(电压为-0.1V～-0.6V)、恒电流沉积(电流为-0.1μA～-0.7μA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化铱/铂纳米柱复合涂层修饰的微电极阵列，其特征在于，所述微电极阵列的电极表面设置有氧化铱/铂纳米柱复合涂层，所述氧化铱/铂纳米柱复合涂层包括设置于所述电极表面的铂纳米柱层，以及设置于所述铂纳米柱层表面的氧化铱层。

【技术特征摘要】
1.一种氧化铱/铂纳米柱复合涂层修饰的微电极阵列，其特征在于，所述微电极阵列的电极表面设置有氧化铱/铂纳米柱复合涂层，所述氧化铱/铂纳米柱复合涂层包括设置于所述电极表面的铂纳米柱层，以及设置于所述铂纳米柱层表面的氧化铱层。2.如权利要求1所述的氧化铱/铂纳米柱复合涂层修饰的微电极阵列，其特征在于，所述氧化铱/铂纳米柱复合涂层的厚度为500nm-5μm，所述铂纳米柱的直径为50nm-500nm，所述氧化铱层的厚度为10nm-500nm。3.如权利要求1所述的氧化铱/铂纳米柱复合涂层修饰的微电极阵列，其特征在于，所述氧化铱/铂纳米柱复合涂层具有三维纳米多孔结构，所述氧化铱/铂纳米柱复合涂层的多孔孔径为50nm-500nm。4.一种氧化铱/铂纳米柱复合涂层修饰的的微电极阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在微电极阵列的电极表面电化学沉积制备铂纳米柱层：提供铂盐溶液，在所述铂盐溶液中加入适量的弱还原剂，混合混匀，得到电沉积溶液A；以铂片为对电极，Ag/AgCl为参比电极，待修饰的微电极为工作电极，与上述电沉积溶液A形成三电极体系，并与电化学工作站相连接；在常温常压条件下，电沉积300s-600s，所述微电极表面形成铂纳米柱层，得到铂纳米柱层修饰的微电极阵列；(2)在所述铂纳米柱层表面电化学沉积制备氧化铱层：提供铱盐溶液，在所述铱盐溶液中加入适量的氧化剂以及弱酸，混合混匀，得到电沉积溶液B；以铂片为对电极，Ag/AgCl为参比电极，上述铂纳米柱层修饰的微电极阵列为工作电极，与所述电沉积溶液B形成三电极体系，并与电化学工作站相连接；在常温常压条件下，电沉积300s-600s，所述铂纳米柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏凯，吴天准，孙滨，曾齐，彭琎，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44