一种基于导电聚合物凝胶的纳米微电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于导电聚合物凝胶的纳米微电极及其制备方法，将吡咯溶解于乙醇溶液中，加入己烷‑1,6‑二磺酸钠和过硫酸钠，快速搅拌后，所得溶液倒入阴模中离心处理后，静置12h，待模具内的液体固化后，将其从模具中取出，置于磷酸缓冲盐溶液PBS中清洗多次后取出，得到纳米微电极。本发明专利技术方法基于导电聚合物凝胶为原料制备纳米微电极，通过在电极位点表面制作纳米凸起结构，增加电极位点的有效表面积，从而降低电极‑电解质界面阻抗，提高电极的电学性能；同时基于导电聚合物凝胶为原材料的制备方法，可以通过改变模具的形状结构制备出适用于各类场合的纳米微电极，电极制备工艺简单，制作成本低，适合大规模的工业生产。

【技术实现步骤摘要】
一种基于导电聚合物凝胶的纳米微电极及其制备方法
本专利技术涉及纳米微电极领域，具体是一种基于导电聚合物凝胶的纳米微电极及其制备方法。
技术介绍
目前，电极被广泛地应用于电生理、电化学、环境监测以及器官修复等领域。在这些应用领域中，电极作为环境(常为液相环境)与后端处理电路的桥梁，其性能直接影响着整个系统性能的发挥；微机电(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)工艺的发展使得电极朝微型化(纳米微电极)的趋势发展。纳米微电极有很多优势，例如：1)空间分辨率高；2)对现场的破坏程度小；3)信息高通量；4)微电极阵列能与大面积的实际环境交互等。由于微型化的趋势限制了电极上电极位点的尺寸，使得电极位点的尺寸越来越小。然而小面积的电极位点导致了纳米微电极拥有较高的界面阻抗，进而制约了微电极性能。为了解决这个矛盾，目前主要通过两个途径来解决这个问题：1)使用高电学性能的材料：如Weiland，J.D.在文献“Weiland，J.D.andM.S.Humayun，Abiomimeticretinalstimulatingarray.EngineeringinMedicineandBiologyMagazine，IEEE，2005.24(5)：p.14-21.”中披露氧化铱材料(界面电容约为3mC/cm2)具有10倍于常用铂材料(界面电容约为0.3mC/cm2)的电学性能，因而选用氧化铱材料制作的电极能获得更好的电学性能；2)增加电极位点的有效表面积：如Hung，A.在文章“Hung，A.，etal.，Micromachinedelectrodesforhighdensityneuralstimulationsystems.MicroElectroMechanicalSystems，2002.TheFifteenthIEEEInternationalConferenceon，2002：p.56-59.”中披露通过在电极表面制作微米尺度的三维凸起凹形结构，使得电极的性能提高了约4倍。然而上述方法中，一则基于氧化铱材料的微电极因材料昂贵、制作工艺相对复杂，应用存在较大限制；而基于电镀方式形成凸起结构以增加电极位点的有效表面积的方法，改进效果非常有限。由于纳米结构具有高比表面积特点，所以研究人员已开始探索在电极位点表面制作纳米结构，以增加电极位点的有效表面积，从而降低电极-电解质界面阻抗，提高电极的电学性能。斯坦福大学的Wang等人通过在电极位点表面生长碳纳米管，大大提高了电极位点的有效表面积(约300倍)(文献：WangK，FishmanHA，DaiH，HarrisJS.NeuralStimulationwithaCarbonNanotubeMicroelectrodeArray.NanoLett.，2006，6(9)：2043-2048.)，这极大地改善了电极的电学性能和电极工作时的电化学稳定性。但是该方法中电极表面碳纳米管地生长需要700℃-800℃的高温条件下完成，同时需要配备复杂昂贵的设备，其应用具有一定的局限性。因此，如何降低制备纳米微电极的成本同时又能改善微电极的电学性能，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于导电聚合物凝胶的纳米微电极及其制备方法，在降低纳米微电极制作成本的同时，通过增加电极位点的有效表面积以改善纳米微电极的导电性能。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种基于导电聚合物凝胶的纳米微电极，所述导电聚合物凝胶包括交联剂和高分子导电聚合物，所述交联剂为己烷-1,6-二磺酸钠，所述高分导电聚合物为吡咯高分子聚合物；所述导电聚合物凝胶的凝胶化过程发生在吡咯高分子聚合物的链生长阶段。所述己烷-1,6-二磺酸钠的合成方法为：将126g亚硫酸钠溶于300mL水中，加入67.5mL1,6-二溴己烷，加热回流至有机相完全消失；将溶液冷却至室温，待白色沉淀生成后抽滤，将滤渣置于120℃温度下干燥4h，得到己烷-1,6-二磺酸钠；合成己烷-1,6-二磺酸钠的化学方程式如下：所述导电聚合物凝胶的制备过程具体为：将0.25mL-0.75mL吡咯溶解于乙醇溶液中，降温至0℃后，加入0.5g己烷-1,6-二磺酸钠及1mmol过硫酸铵，快速搅拌5～10分钟至溶液变黑后，停止搅拌，静置12h，得到导电聚合物凝胶；吡咯高分子聚合物链生长过程的化学方程式如下：所述将0.25mL-0.75mL吡咯溶解于乙醇溶液中，乙醇溶液配制时所用乙醇与水的体积比为1:1。一种基于导电聚合物凝胶的纳米微电极制备方法，制备过程包括以下步骤：S1.将吡咯溶解于乙醇溶液中，降温至0℃后，向溶液中加入己烷-1,6-二磺酸钠和过硫酸钠，快速搅拌5～10分钟至溶液变黑；S2.将步骤S1中所得溶液入阴模中，模具放入离心机中进行离心处理，待观察到溶液充分填满模具后，取出模具，静置12h；S3.待步骤S2中模具内的液体固化后，将其从模具中取出，置于磷酸缓冲盐溶液PBS中清洗多次后取出，得到纳米微电极。步骤S1中所述吡咯溶解于乙醇溶液中，吡咯的用量为0.75ml，所述向溶液中加入己烷-1,6-二磺酸钠和过硫酸钠，己烷-1,6-二磺酸钠的用量为0.5g，过硫酸钠的用量为1mmol。步骤S2中所述阴模的材质为聚二甲基硅氧烷PDMS，所述离心处理过程中，离心机转速为1000～5000rpm。步骤S3中所述置于磷酸缓冲盐溶液PBS中清洗多次后取出，所用磷酸缓冲盐溶液PBS的pH值为7.4。本专利技术的有益效果：1)本专利技术基于导电聚合物凝胶为原料制备纳米微电极，通过在电极位点表面制作纳米凸起结构，增加电极位点的有效表面积，从而降低电极-电解质界面阻抗，提高电极的电学性能；2)本专利技术方法工艺简单，制作成本低，适合大规模的工业生产；3)基于导电聚合物凝胶为原材料，可以通过改变模具的形状结构制备出适用于各类场合的纳米微电极。附图说明图1为按照本专利技术方法制备的纳米微电极示意图。具体实施方式为了更好地解释本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。实施例：参见图1。一种基于导电聚合物凝胶的纳米微电极，所述导电聚合物凝胶包括交联剂和高分子导电聚合物，所述交联剂为己烷-1,6-二磺酸钠，所述高分导电聚合物为吡咯高分子聚合物；所述导电聚合物凝胶的凝胶化过程发生在吡咯高分子聚合物的链生长阶段。9.根据权利要求1所述的一种基于导电聚合物凝胶的纳米微电极，其特征在于，所述己烷-1,6-二磺酸钠的合成方法为：将126g亚硫酸钠溶于300mL水中，加入67.5mL1,6-二溴己烷，加热回流至有机相完全消失；将溶液冷却至室温，待白色沉淀生成后抽滤，将滤渣置于120℃温度下干燥4h，得到己烷-1,6-二磺酸钠；合成己烷-1,6-二磺酸钠的化学方程式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于导电聚合物凝胶的纳米微电极，其特征在于，所述导电聚合物凝胶包括交联剂和高分子导电聚合物，所述交联剂为己烷-1,6-二磺酸钠，所述高分导电聚合物为吡咯高分子聚合物；所述导电聚合物凝胶的凝胶化过程发生在吡咯高分子聚合物的链生长阶段。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于导电聚合物凝胶的纳米微电极，其特征在于，所述导电聚合物凝胶包括交联剂和高分子导电聚合物，所述交联剂为己烷-1,6-二磺酸钠，所述高分导电聚合物为吡咯高分子聚合物；所述导电聚合物凝胶的凝胶化过程发生在吡咯高分子聚合物的链生长阶段。


2.根据权利要求1所述的一种基于导电聚合物凝胶的纳米微电极，其特征在于，所述己烷-1,6-二磺酸钠的合成方法为：
将126g亚硫酸钠溶于300mL水中，加入67.5mL1,6-二溴己烷，加热回流至有机相完全消失；将溶液冷却至室温，待白色沉淀生成后抽滤，将滤渣置于120℃温度下干燥4h，得到己烷-1,6-二磺酸钠；
合成己烷-1,6-二磺酸钠的化学方程式如下：





3.根据权利要求1所述的一种基于导电聚合物凝胶的纳米微电极，其特征在于，所述导电聚合物凝胶的制备过程具体为：
将0.25mL-0.75mL吡咯溶解于乙醇溶液中，降温至0℃后，加入0.5g己烷-1,6-二磺酸钠及1mmol过硫酸铵，快速搅拌5～10分钟至溶液变黑后，停止搅拌，静置12h，得到导电聚合物凝胶；
吡咯高分子聚合物链生长过程的化学方程式如下：





4.根据权利要求3所述的一种基于导电聚合物凝胶的纳米微电极，其特征在于，所述将0.25mL-0.75mL吡咯溶解于乙醇溶液中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟达，谢维昌，刘禹，汤智博，何怿哲，毕梓洋，王小磊，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36