【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及植入式生物接口新材料，特别是指一种导电聚合物水凝胶生物电子界面的其制备方法及其应用。
技术介绍
1、大脑是中枢生物系统的最高级部分，是机体的思维、意识，以及感觉等高级功能的总指挥部，负责调控机体的各种的生理活动。基于生物电子刺激的“电药”，显示出在不同疾病中的治疗应用的巨大前景，如生物退行性相关的疾病和生物缺陷导致的功能障碍性疾病，如阿尔兹海默症、癫痫、运动障碍、失聪等。植入式生物电子作为脑组织和电子器件之间的桥梁，是用于生物元刺激或信号记录的功能性微型器件，在生物性疾病发现与诊疗方面具有广泛应用。当前脑生物电子大多选用硬质硅或金属(铂、铱、钨、镍铬等)与脑组织接触，存在植入式生物电子性能低、脑组织产生免疫排斥等问题。植入式生物接口的快速发展，不再局限于传统的金属电子。然而，贵金属生物电子与脑组织的力学适配性、记录能力及稳定性差，为了实现长期稳定和高效的生物刺激与记录，关键是要在生物电子和生物组织之间构建一个高性能的生物界面。导电聚合物涂层修饰贵金属电子可显著优化其杨氏模量、生物电子阻抗、电荷注入容量等性能参数。然而，现有导电聚合物涂层仍然存在杨氏模量高、界面黏附差等性能缺陷，严重阻碍了其器件化、商业化及实际应用。在过去的十年，导电聚合物类涂层作为生物医学设备和脑生物组织之间的直接接口材料引起了人们的关注，尤为突出的是聚(3,4-二氧乙撑噻吩):聚(苯乙烯磺基)(pedot:pss)，它已经成为生物界面和生物医学应用广泛研究与应用的材料(植入式电子记录和刺激生物活动，生物再生和治疗药物递送等)。pedot:pss具
2、虽然pedot:pss具有多方面的优异性能，但pedot:pss涂层面临着与金属界面之间的附着力、涂层自身的机械稳定性以及与组织间的适配性差的问题，所以未经设计与评价的涂层电子器件在实际应用中全部功能受到限制。在导电聚合物界面与神经电极基材间引入一个绝缘或半绝缘的胶粘层可以有效的提高界面粘附力与长期稳定性(sci.adv.2020,6:eaay5394,adv.funct.mater.2021,2105857；angew.chem.int.ed.2022,61e202115074；cn114350199a；cn102071433b)，然而这种中间层制备厚度不可控，可能会削弱神经电极的电学或电化学性能会对神经电极的应用产生不利影响；导电聚合物界面的杨氏模量高与脑组织的适配度差，因此让导电聚合物水凝胶界面成为新一代微电极界面至关重要，使导电聚合物水凝胶界面实现与脑组织的完美融合(adv.mater.2023,35,2209324；cn114350199a)，然而让导电聚合物水凝胶界面实现高空间分辨率且可控的制备工艺是一个巨大的挑战。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种制备方法简单并在体内可实现单个生物元的长期稳定记录，通过简单的一步电聚合方法将强粘附且柔软的辅助结构基质(包括聚氨酯、聚乙烯醇或聚多巴胺)与导电性能优异且稳定的主体结构基质(包括苯胺、吡咯、噻吩、3，4-亚乙基二氧噻吩及其衍生物)共同在生物电子界面(包括贴片式金属电子、微丝金属电子、导电ito电子或导电pet电子)构筑高性能导电聚合物水凝胶的生物电子界面制备方法及其应用。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：
3、一方面，本专利技术提供一种导电聚合物水凝胶的生物电子界面的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)将粘性聚合物溶解于溶剂中制成粘合性第一溶剂；
5、(2)向第一溶剂中加入支持电解质和导电活性物质单体混合均匀；
6、(3)将步骤(2)所得溶液在导电电子基体上进行电化学聚合反应，制备即得。
7、进一步的，所述步骤(1)中，粘合聚合物为聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚氨酯、聚丙烯酰胺或聚多巴胺中一种或多种，粘性聚合物的质量浓度为2wt.％～20wt.％；溶剂为极性溶液与去离子水的混合，极性溶液为甲醇、乙醇、乙腈、二甲基亚砜或n,n-二甲基甲酰胺(dmf)，极性溶液的体积浓度为10％～95％。
8、进一步的，所述步骤(2)中，导电活性物质单体为苯胺(ani)、吡咯(py)、噻吩、3,4-二氧乙撑噻吩(edot)或3,4-二氧乙撑噻吩衍生物(pedots)中的一种，所述支持电解质为对甲苯磺酸(p-tsa)、聚苯乙烯磺酸(pssh)、聚苯乙烯磺酸钠(pssna)、十二烷基磺酸钠、聚(2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸盐)中一种或多种。
9、进一步的，所述3,4-二氧乙撑噻吩衍生物为羟甲基3,4-二氧乙撑噻吩、氨甲基3,4-二氧乙撑噻吩、丙烯酸基3,4-二氧乙撑噻吩中任一一种。
10、进一步的，所述粘合性聚合物与导电聚合物单体的质量比为10～15:1；所述导电活性物质单体与支持电解质的质量比为1:(2～3)。
11、进一步的，所述步骤(3)中，导电电子基体为导电电子基体为金属贴片电极、多通道微电极、位点为金属的柔性薄膜电极阵列、导电ito或导电pet中任一一种；金属贴片电极、多通道微电极、金属位点的柔性薄膜电极阵列的金属材质包括pt-ir、au、镍铬、钨、以及银且位点直径为5～150μm；其中微丝金属电极均带有2.7～3μm的parylene绝缘层。
12、进一步的，所述微丝金属电子为铂铱丝或镍铬丝的多通道微丝阵列电子，所述铂铱丝直径为10μm；所述镍铬丝直径为25～30μm。
13、进一步的，所述步骤(3)中，电化学聚合方法为恒电位法、往复恒电位法、计时电流法或循环伏安法中的一种，聚合时间可以根据所需要的界面厚度进行设定(10～100s)。
14、进一步的，本专利技术中所述导电聚合物水凝胶生物电子界面应用于非侵入式表皮肌电极(emg)、非侵入式心电极(ecg)、机器人假肢界面、植入式高通量神经电极、脑深部电极、柔性贴片电极、用微电子机械系统制造柔性薄膜电极阵列、cuff电极、ecog电极、微丝/微针电极、复合电极、柔性可穿戴传感器界面修饰。
15、进一步的所述导电水凝胶神经电极界面植入生物体脑内可以进行传感、显示、神经信号记录与刺激。
16、本专利技术具有以下有益效果：
17、(1)本专利技术中，设计了一种简单的电聚合方法在生物电子界面一步聚合导电聚合物水凝胶涂层，导电聚合物水凝胶涂层可以提高其生物相容性包括减少炎症因子的附着以及降低杨氏模量，与脑组织间起到有效的缓冲作用；更重要的是导电聚合物的加入能显著提高生物电子器件的电化学性能，粘附柔软的聚合物基质的掺入有利于提高涂层与界面之间的机械性能、增强涂层自身的内聚力以及降低涂层的杨氏模量与组织更适配，使得生物电子涂层具有长期稳定性；此外，所制备的导电聚合物水凝胶涂层显著增大了与电解液接触的电化学活性面积，并且有利于生物界面阻抗降低和扩大电荷存储/注入电容；上述性能综合后导本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种导电聚合物水凝胶生物电子界面的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的导电聚合物水凝胶生物电子界面的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，粘性聚合物水凝胶为聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚氨酯、聚丙烯酰胺或聚多巴胺中一种或多种，粘附性聚合物的质量浓度为2wt.％～20wt.％；二元溶剂为极性溶液与去离子水混合溶剂，极性溶液为甲醇、乙醇、乙腈、二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，极性溶液的体积浓度为10％～95％。
3.根据权利要求1所述的导电聚合物水凝胶生物电子界面的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，导电活性物质单体为苯胺(ANi)、吡咯(py)、噻吩、3,4-二氧乙撑噻吩(EDOT)或3,4-二氧乙撑噻吩衍生物(PEDOTs)中任一一种；支持电解质为对甲苯磺酸(p-TSA)、聚苯乙烯磺酸(PSSH)、聚苯乙烯磺酸钠(PSSNa)、十二烷基磺酸钠、聚(2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸盐)中一种或多种。
4.根据权利要求3所述的导电聚合物水凝胶生物电子界面的制备方法，其特征在于，所述3,4-二氧乙撑噻吩衍生
5.根据权利要求1-4任一所述的导电聚合物水凝胶生物电子界面的制备方法，其特征在于，所述粘附性聚合物与导电活性物质单体的质量比为10～15:1；所述导电活性物质单体与支持电解质的质量比为1:(2～3)。
6.根据权利要求1所述的导电聚合物水凝胶生物电子界面的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，导电电子基体为金属贴片电极、多通道微电极、位点为金属的柔性薄膜电极阵列、导电ITO或导电PET中任一一种；金属贴片电极、多通道微电极、金属位点的柔性薄膜电极阵列的金属材质包括Pt-Ir、Au、镍铬、钨、以及银且位点直径为5～150μm；其中微丝金属电极均带有2.7～3μm的Parylene绝缘层。
7.根据权利要求6所述的导电聚合物水凝胶生物电子界面的制备方法，其特征在于，所述微丝金属电子为铂铱丝或镍铬丝的多通道微丝阵列电子，所述铂铱丝直径为10μm；所述镍铬丝直径为25～30μm。
8.根据权利1所述的导电聚合物水凝胶生物电子界面的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，电化学聚合方法为恒电位法、计时电流法或循环伏安法。
9.根据权利要求1所述的导电聚合物水凝胶生物电子界面的制备方法，其特征在于，所述导电水凝胶生物电子界面应用于非侵入式表皮肌电极(EMG)、非侵入式心电极(ECG)、机器人假肢界面、植入式高通量神经电极、脑深部电极、柔性贴片电极、用微电子机械系统制造柔性薄膜电极阵列、Cuff电极、ECoG电极、微丝/微针电极、复合电极、柔性可穿戴传感器界面修饰。
10.根据权利要求9所述的导电水凝胶生物电子界面的制备方法，其特征在于，所述导电水凝胶生物电子界面可植入生物体脑内进行传感、显示、神经信号记录与刺激。
...【技术特征摘要】
1.一种导电聚合物水凝胶生物电子界面的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的导电聚合物水凝胶生物电子界面的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，粘性聚合物水凝胶为聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚氨酯、聚丙烯酰胺或聚多巴胺中一种或多种，粘附性聚合物的质量浓度为2wt.％～20wt.％；二元溶剂为极性溶液与去离子水混合溶剂，极性溶液为甲醇、乙醇、乙腈、二甲基亚砜或n,n-二甲基甲酰胺(dmf)，极性溶液的体积浓度为10％～95％。
3.根据权利要求1所述的导电聚合物水凝胶生物电子界面的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，导电活性物质单体为苯胺(ani)、吡咯(py)、噻吩、3,4-二氧乙撑噻吩(edot)或3,4-二氧乙撑噻吩衍生物(pedots)中任一一种；支持电解质为对甲苯磺酸(p-tsa)、聚苯乙烯磺酸(pssh)、聚苯乙烯磺酸钠(pssna)、十二烷基磺酸钠、聚(2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸盐)中一种或多种。
4.根据权利要求3所述的导电聚合物水凝胶生物电子界面的制备方法，其特征在于，所述3,4-二氧乙撑噻吩衍生物为羟甲基3,4-二氧乙撑噻吩、氨甲基3,4-二氧乙撑噻吩、丙烯酸基3,4-二氧乙撑噻吩中任一一种。
5.根据权利要求1-4任一所述的导电聚合物水凝胶生物电子界面的制备方法，其特征在于，所述粘附性聚合物与导电活性物质单体的质量比为10～15:1；所述导电活性物质单体与支持电解质的质量比为1:...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢宝阳，田发娟，余佳文，王文，赵殿博，万荣泰，曹杰，王乔博，杨汉珺，徐景坤，
申请(专利权)人：江西科技师范大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。