神經(jīng)電極在獲取神經(jīng)電信号方面(mi暗區àn)起(qǐ)著(zhe)重要作用，線街因此有利于健康監測和醫學(xué)子數診斷。根據植入方式的不同，神經商謝(jīng)電極可分為神經(jīng)内電極和神經(jīng)外電極。由舞劇于神經(jīng)内電極存在損體是傷軸突和血管的可能(néng)性，因此無創做金的神經(jīng)外電極是首選。與神經(jīng)内電極相比村影，附著(zhe)在神經(jīng)上的神經(jīng)外電極在減少神經街東(jīng)損傷方面(miàn)有很大的優勢。神經(jīng)外電極面(那腦miàn)臨的最大挑戰是其電極-神經(jīng自城)界面(miàn)在神經(jīng)運動過(g日理uò)程中的不穩定性。

受碳納米管優良機械特性的啟發(f分樹ā)，中國(guó)科學(xué)院蘇州筆放納米技術與納米仿生研究所與北京大學(xué)研究團隊設計了一種(zh得那ǒng)自适應、可伸縮、生物相容的碳烯體外電極。該電極將(j暗匠iāng)剛性的二維石墨烯納米片集成(chéng)在軟碳納米管(CNT)纖維上得歌，其中硬質納米片和軟質納米管以路大sp2納米碳為主。由于碳納米管站她纖維柔性和堅固的特性，雜化碳電極可以方便地定制輛高成(chéng)各種(zhǒng)複雜的形妹動狀，其機械模量範圍很寬(0.5~600 kPa)，這(zhè)身我于神經(jīng)的機械匹配方面(miàn)發(fā)多照揮了重要作用。此外，雜化碳烯纖維還(hái線媽)具有優良的導電性和極高的生物相容性。結果表明，與傳統的金屬電極相比，碳烯高技電極表現出更好(hǎo)的性能(néng)，峰-峰值的動作電位比商品議物鉑電極要高310%。綜上所述，此研究提出了一種制店(zhǒng)組裝可裁剪、生物相容性好妹老(hǎo)的碳電極的新策略，為下一代神經(jīng)電極做上的設計開(kāi)辟了一條新的途徑。相關工作以題為“山那Modulus-Tailorable, Stretch喝問able, and Biocompatible Carb場票onene Fiber for Adaptive Neural Electro銀明de”的研究論文，發(fā)表在《Adva雨雪nced Functional Materials》上。

雜化碳烯纖維的設計和制備

研究采用模闆誘導法，先將(jiāng)軟碳納米管纖維粘在模闆我員上。然後(hòu)，通過(guò)無催化劑的熱化學(xué)氣相沉西物積工藝在CNT襯底上生長(cháng)剛性石墨烯納米片（highly dis站作ordered graphene nanosheets船站，HDGNs），最終將(jiāng)其從模闆中拿出後(hòu)仍保持預定的複雜文銀形狀。對(duì)于不同的應用場合，通過(guò東章)改變模闆的形狀可以方便地定制雜化碳纖維的形狀。

具有獨特性能(néng)的雜化碳烯纖維的設計

混合碳烯纖維的基本機械和電氣性能(néng)

為了解碳纖維的本征力學(xué)性能(néng)，跳身研究首先對(duì)直接混雜的碳烯纖維進(jìn)行了拉伸試驗。結果表明務費，随著(zhe)沉積時(shí紅雜)間的增加，碳烯纖維的楊氏模量有明顯增加，而韌性卻明顯降低。碳納米管粗纖維的黃了拉伸強度為1.0 GPa左右，楊氏模量為30.1 GPa左右，韌性為村討38.0 MJ／m3左右。另一方面(miàn)，碳烯彈簧在0~700%應變就下範圍内的整個應力-應變曲線如下圖C所示綠去，從而證明文章所提出的碳烯彈簧具有很好(hǎo)的柔韌性。HDGN黑空s的引入還(hái)會(huì)影響材料的電學(xué)性能(néng)票花。雖然碳納米管纖維具有高達1.5×105 S／m的良好(hǎo)導電議商性，比大多數碳材料的導電性更好很資(hǎo)，但通過(guò)在其表面(miàn)塗覆HDGNs可以進(jìn)鄉草一步提高其導電性。

混合碳烯纖維的基本機械和電氣性能(néng)

雜化碳烯纖維的結構分析

混合碳烯彈簧作為神經(jīng)電極的實驗

研究將(jiāng)混合碳烯彈簧的電極植入牛蛙坐骨神經(jīng)表面(m是窗iàn)以記錄動作電位（AP）。在坐骨神經(jīng)的一西男端采用一根鉑絲作為刺激電極，而在另一端采樹房用兩(liǎng)個混合碳烯彈簧電極作為記錄電極。由習都于彈簧電極具有良好(hǎo)的形狀恢複性能子數(néng)和在大變形下的電導率穩定性，彈簧電極可以在動态運動過(輛關guò)程中緊密地附著(zhe)在神經(jīng)上并傳遞信号。在一系列單相矩哥雨形波刺激下，誘發(fā)的AP藍火沿神經(jīng)傳遞，并經(jīng)由彈簧電極記錄。由于雜化羰基光纖具筆輛有突出的電性能(néng)和機械性能(néng)，得到(dào)的信号化書顯示出較高的信噪比。采用恒定頻率為0.湖西5 Hz、寬度為2ms的不同刺激電壓，産生一系列AP。誘發(fā)空站的AP峰值随外加刺激電壓的增加而增加，在電壓達到(dào)1.6V後(厭身hòu)保持穩定，這(zhè)可能(néng)與我身神經(jīng)細胞的飽和跨膜電位有關匠雪。值得注意的是，碳電極記錄的AP明顯高女坐于Pt電極。結果顯示，碳烯電極表現出比傳統金屬電極更好(hǎo呢森)的性能(néng)，其峰-峰AP比Pt電極高310%。

混合碳烯彈簧作為神經(jīng)電極的應用