一种基于多孔金-铂纳米颗粒的硅基电极表面改性方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多孔金‑铂纳米颗粒的硅基电极表面改性方法，该方法首先对硅基微电极进行表面预处理，然后把预处理过的硅基微电极浸入到氯金酸、氯铂酸和硫酸铜混合溶液中，使用电沉积的方法在硅基微电极的位点上沉积一层金‑铂‑铜三金属合金纳米颗粒；最后将金‑铂‑铜三金属合金纳米颗粒修饰的硅基微电极浸入到铜刻蚀液中，通过电化学选择性刻蚀掉合金纳米颗粒中的铜成分，最终得到多孔金‑铂合金纳米颗粒修饰的硅基微电极。该方法所用设备价格便宜，操作步骤简单、适用性强、处理效果好、稳定可靠。可以广泛应用于各种硅基微电极表面改性。可以大幅降低硅基微电极位点的界面阻抗，提高其神经电信号在体采集性能和电刺激性能。

A surface modification method of silicon electrode based on porous gold platinum nanoparticles

The present invention discloses a surface modification method of silicon based electrode based on porous gold platinum nanoparticles. The method first pretreated the silicon microelectrode surface, and then immersed the pretreated silicon microelectrode in the mixed solution of chloroauric acid, chloroplatin and copper sulfate, and used the electrodeposition method to be in the position of the silicon microelectrode. A layer of Gold Platinum Copper three metal alloy nanoparticles was deposited on the point. Finally, the silicon based Microelectrode Modified by Gold Platinum Copper three metal alloy nanoparticles was immersed into the copper etching solution. The copper composition in the alloy nanoparticles was selectively etched by electrochemical etching, and the silicon matrix modified by the porous gold platinum alloy nanoparticles was finally obtained. The electrode. The equipment used in this method is cheap, simple in operation, strong in applicability, good in treatment effect, stable and reliable. It can be widely applied to surface modification of various silicon based microelectrodes. It can greatly reduce the interface impedance of the silicon based microelectrode site and improve its electrical signal collection performance and electrical stimulation performance.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多孔金-铂纳米颗粒的硅基电极表面改性方法
本专利技术属于硅基微电极表面改性
，具体涉及一种基于多孔金-铂合金纳米颗粒的硅基微电极表面改性方法。
技术介绍
在体神经电信号采集为神经科学家研究神经系统的基本原理提供了一种有力的工具，而脑深部电刺激在治疗帕金森等神经类疾病中显现出巨大的优势和潜力。不论是神经电信号的采集还是对脑核团进行电刺激，微脑电极往往是这其中最为重要的一部分，而微脑电极的表面特性很大程度上决定了其电刺激性能和神经电信号采集性能。由于微机电系统(Micro-electro-mechanicalsystems，简称MEMS)技术可以精确定义电极尺寸、形状，可以将多个记录位点/刺激位点制备在单个硅基微电极杆上以及可实现微电极的批量生产，因此，近些年来各种各样的MEMS硅基微电极被研发出来并被应用于神经科学领域。对于MEMS硅基微电极来说，往往在单个微电极杆上集成多个电刺激/电信号采集位点，并且微电极芯片的整体尺寸较小以降低植入过程中对脑组织的损伤，而减小微电极尺寸的一个不可避免的结果是电极位点界面阻抗会大幅度增高。界面阻抗的增大往往会在神经电信号采集过程中引入较高的热噪声，对于微弱的神经电信号来说，这无疑会降低信号采集的质量。此外，电极位点阻抗的增大不利于电刺激过程中电荷的注入，降低微脑电极的电刺激性能。因此研究对MEMS硅基微电极进行表面改性以提高其性能，具有较高的实际应用价值。目前常用的硅基微电极表面改性工艺主要有物理和化学气相沉积法、等离子刻蚀法、自组装单层膜法和溶胶-凝胶法，这些工艺都能基本满足硅基微电极表面改性的需求，但是这些工艺存在设备昂贵，工艺步骤复杂，处理时间长等问题。近些年来，电化学沉积法由于设备便宜、对制备环境要求较低、工艺简单、方便快捷和沉积层形貌可控等优点成为硅基微电极表面改性广泛使用的方法。相关的研究者已经采用电化学沉积法，在硅基微电极表面沉积铂黑(MártonG，BakosI，FeketeZ，etal.Durabilityofhighsurfaceareaplatinumdepositsonmicroelectrodearraysforacuteneuralrecordings[J].JournalofMaterialsScience:MaterialsinMedicine,2014，25(3)：931-940)、氧化铱(KangX，LiuJ，TianH，etal.OptimizationandelectrochemicalcharacterizationofRF-sputterediridiumoxidemicroelectrodesforelectricalstimulation[J].JournalofMicromechanics&Microengineering,2014,24(2):153-163)、金纳米颗粒(ZhangH,ShihJ，ZhuJ，etal.Layerednanocompositesfromgoldnanoparticlesforneuralprostheticdevices[J].NanoLetters,2012，12(7)：3391-3398)来对微电极进行表面改性。但是这些微电极表面改性材料存在表面改性效果一般、机械稳定性较差等缺点。根据申请人作进行的资料检索，目前，现有的微电极表面改性技术专利中没有涉及基于多孔金-铂合金纳米颗粒的硅基微电极表面改性方法。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于，提出一种基于多孔金-铂合金纳米颗粒的硅基微电极表面改性方法，采用该方法制备的硅基微电极，可大幅降低微电极位点界面阻抗，提高其神经电信采集/电刺激性能。为了实现上述任务，本专利技术采用如下的技术解决方案：一种基于多孔金-铂合金纳米颗粒的硅基微电极表面改性方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤1，依次用乙醇溶液、硝酸溶液和超纯水对硅基微电极各超声清洗5分钟，超声清洗后的硅基微电极放置在空气中自然干燥；步骤2：将预处理过的硅基微电极浸入到氯金酸、氯铂酸和硫酸铜混合溶液中；采用三电极体系，待修饰的硅基微电极上面的电极位点为工作电极，大面积铂丝电极为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，然后施加-0.2V或-0.3V的沉积电压，沉积时间为500s-600s，从而得到金-铂-铜三金属合金纳米颗粒修饰的硅基微电极；步骤3：把金-铂-铜三金属合金纳米颗粒修饰的硅基微电极浸入铜刻蚀液中，通过电化学选择性刻蚀掉合金纳米颗粒中的铜成分，得到多孔金-铂合金纳米颗粒修饰的硅基微电极。根据本专利技术，步骤1中所述的乙醇溶液是按照无水乙醇与超纯水以体积比1:1配制而成；步骤1中所述的硝酸溶液是按照纯硝酸溶液与超纯水以体积比1:1配制而成。进一步地，步骤2中所述的氯金酸、氯铂酸和硫酸铜混合溶液采用0.5mol/L的硫酸溶液配制而成，氯金酸、氯铂酸和硫酸铜溶液的总浓度为1-2mmol/L，氯金酸、氯铂酸和硫酸铜的浓度比为2:2:1或1:1:1。步骤3所述的铜刻蚀液是浓度为50％-70％的硝酸溶液，刻蚀液的温度保持60℃-80℃之间，刻蚀时间为0.5-1小时。本专利技术的基于多孔金-铂合金纳米颗粒的硅基微电极表面改性方法，通过电化学沉积法和化学刻蚀法将多孔金-铂合金纳米颗粒修饰在硅基微电极位点上，所用设备价格便宜，操作步骤简单、适用性强、处理效果好、稳定可靠，可广泛用于各种类型硅基微电极的表面改性。申请人根据上述方法得到的多孔金-铂合金纳米颗粒修饰的硅基微电极的界面阻抗和在体神经电信号采集性能进行实验评估，结果表明，与未改性的微电极位点、金纳米颗粒改性的微电极位点相比，其微电极位点界面阻抗大幅降低，神经电信号的采集性能即信号的信噪比大幅提升。附图说明图1为实施例1得到的多孔金-铂合金纳米颗粒修饰的位点(图1C)，以及作为对照的未处理微电极位点(图1A)、金纳米颗粒修饰的位点(图1B)的扫描电子显微镜图片；图2为实施例1得到的多孔金-铂合金纳米颗粒修饰的位点，以及作为对照的未处理微电极位点、金纳米颗粒修饰的位点的界面阻抗曲线；图3为实施例1得到的多孔金-铂合金纳米颗粒修饰的位点(图3B)，以及作为对照的金纳米颗粒修饰的位点(图3A)在大鼠脑内采集到的神经电信号；以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。具体实施方式申请人研究发现，多孔金-铂合金纳米颗粒具有两种单金属纳米颗粒的协同效应，与相应的单金属纳米颗粒(金或铂纳米颗粒)相比，具有更大的表面积，更快的电子传递速率，更强的机械稳定性及更高的电催化活性等众多优势。此外，多孔纳米材料具有较大的表面积，可以极大地增大电极-电解液接触面积且具有良好的电荷存储能力，因此，申请人选用多孔金-铂合金纳米颗粒作为硅基微电极表面改性新材料，并进行了进一步试验研究，得到了一种基于多孔金-铂合金纳米颗粒的硅基微电极表面改性方法。下述实施例中所采用的硅基微电极，其上面的微电极位点为圆形的金位点，直径20微米。实施例1：步骤1：对硅基微电极进行表面预处理：依次用浓度为50％的乙醇溶液(无水乙醇与超纯水体积比1:1)、浓度为50％的硝酸溶液(纯硝酸溶液与超纯水体积比1:1)和超纯水对硅基微电极各超声清洗5分钟，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多孔金‑铂纳米颗粒的硅基电极表面改性方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤1，依次用乙醇溶液、硝酸溶液和超纯水对硅基微电极各超声清洗5分钟，超声清洗后的硅基微电极放置在空气中自然干燥；步骤2：将预处理过的硅基微电极浸入到氯金酸、氯铂酸和硫酸铜混合溶液中；采用三电极体系，待修饰的硅基微电极上面的电极位点为工作电极，大面积铂丝电极为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，然后施加‑0.2V或‑0.3V的沉积电压，沉积时间为500s‑600s，从而得到金‑铂‑铜三金属合金纳米颗粒修饰的硅基微电极；步骤3：把金‑铂‑铜三金属合金纳米颗粒修饰的硅基微电极浸入铜刻蚀液中，通过电化学选择性刻蚀掉合金纳米颗粒中的铜成分，得到多孔金‑铂合金纳米颗粒修饰的硅基微电极。

【技术特征摘要】
1.一种基于多孔金-铂纳米颗粒的硅基电极表面改性方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤1，依次用乙醇溶液、硝酸溶液和超纯水对硅基微电极各超声清洗5分钟，超声清洗后的硅基微电极放置在空气中自然干燥；步骤2：将预处理过的硅基微电极浸入到氯金酸、氯铂酸和硫酸铜混合溶液中；采用三电极体系，待修饰的硅基微电极上面的电极位点为工作电极，大面积铂丝电极为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，然后施加-0.2V或-0.3V的沉积电压，沉积时间为500s-600s，从而得到金-铂-铜三金属合金纳米颗粒修饰的硅基微电极；步骤3：把金-铂-铜三金属合金纳米颗粒修饰的硅基微电极浸入铜刻蚀液中，通过电化学选择性刻蚀掉合金纳米颗粒中的铜成...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宗亚，李中伟，任武，王昌，于毅，林俊堂，
申请(专利权)人：新乡医学院，
类型：发明
国别省市：河南,41