【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及植入式生物接口新材料，特別是指一種導電聚合物水凝膠生物電子界面的其制備方法及其應用。
技術介紹
1、大腦是中樞生物系統的最高級部分，是機體的思維、意識，以及感覺等高級功能的總指揮部，負責調控機體的各種的生理活動。基于生物電子刺激的“電藥”，顯示出在不同疾病中的治療應用的巨大前景，如生物退行性相關的疾病和生物缺陷導致的功能障礙性疾病，如阿爾茲海默癥、癲癇、運動障礙、失聰等。植入式生物電子作為腦組織和電子器件之間的橋梁，是用于生物元刺激或信號記錄的功能性微型器件，在生物性疾病發現與診療方面具有廣泛應用。當前腦生物電子大多選用硬質硅或金屬(鉑、銥、鎢、鎳鉻等)與腦組織接觸，存在植入式生物電子性能低、腦組織產生免疫排斥等問題。植入式生物接口的快速發展，不再局限于傳統的金屬電子。然而，貴金屬生物電子與腦組織的力學適配性、記錄能力及穩定性差，為了實現長期穩定和高效的生物刺激與記錄，關鍵是要在生物電子和生物組織之間構建一個高性能的生物界面。導電聚合物涂層修飾貴金屬電子可顯著優化其楊氏模量、生物電子阻抗、電荷注入容量等性能參數。然而，現有導電聚合物涂層仍然存在楊氏模量高、界面黏附差等性能缺陷，嚴重阻礙了其器件化、商業化及實際應用。在過去的十年，導電聚合物類涂層作為生物醫學設備和腦生物組織之間的直接接口材料引起了人們的關注，尤為突出的是聚(3,4-二氧乙撐噻吩):聚(苯乙烯磺基)(pedot:pss)，它已經成為生物界面和生物醫學應用廣泛研究與應用的材料(植入式電子記錄和刺激生物活動，生物再生和治療藥物遞送等)。pedot:pss具
2、雖然pedot:pss具有多方面的優異性能，但pedot:pss涂層面臨著與金屬界面之間的附著力、涂層自身的機械穩定性以及與組織間的適配性差的問題，所以未經設計與評價的涂層電子器件在實際應用中全部功能受到限制。在導電聚合物界面與神經電極基材間引入一個絕緣或半絕緣的膠粘層可以有效的提高界面粘附力與長期穩定性(sci.adv.2020,6:eaay5394,adv.funct.mater.2021,2105857；angew.chem.int.ed.2022,61e202115074；cn114350199a；cn102071433b)，然而這種中間層制備厚度不可控，可能會削弱神經電極的電學或電化學性能會對神經電極的應用產生不利影響；導電聚合物界面的楊氏模量高與腦組織的適配度差，因此讓導電聚合物水凝膠界面成為新一代微電極界面至關重要，使導電聚合物水凝膠界面實現與腦組織的完美融合(adv.mater.2023,35,2209324；cn114350199a)，然而讓導電聚合物水凝膠界面實現高空間分辨率且可控的制備工藝是一個巨大的挑戰。
技術實現思路
1、本專利技術要解決的技術問題是提供一種制備方法簡單并在體內可實現單個生物元的長期穩定記錄，通過簡單的一步電聚合方法將強粘附且柔軟的輔助結構基質(包括聚氨酯、聚乙烯醇或聚多巴胺)與導電性能優異且穩定的主體結構基質(包括苯胺、吡咯、噻吩、3，4-亞乙基二氧噻吩及其衍生物)共同在生物電子界面(包括貼片式金屬電子、微絲金屬電子、導電ito電子或導電pet電子)構筑高性能導電聚合物水凝膠的生物電子界面制備方法及其應用。
2、為解決上述技術問題，本專利技術提供技術方案如下：
3、一方面，本專利技術提供一種導電聚合物水凝膠的生物電子界面的制備方法，包括如下步驟：
4、(1)將粘性聚合物溶解于溶劑中制成粘合性第一溶劑；
5、(2)向第一溶劑中加入支持電解質和導電活性物質單體混合均勻；
6、(3)將步驟(2)所得溶液在導電電子基體上進行電化學聚合反應，制備即得。
7、進一步的，所述步驟(1)中，粘合聚合物為聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚氨酯、聚丙烯酰胺或聚多巴胺中一種或多種，粘性聚合物的質量濃度為2wt.％～20wt.％；溶劑為極性溶液與去離子水的混合，極性溶液為甲醇、乙醇、乙腈、二甲基亞砜或n,n-二甲基甲酰胺(dmf)，極性溶液的體積濃度為10％～95％。
8、進一步的，所述步驟(2)中，導電活性物質單體為苯胺(ani)、吡咯(py)、噻吩、3,4-二氧乙撐噻吩(edot)或3,4-二氧乙撐噻吩衍生物(pedots)中的一種，所述支持電解質為對甲苯磺酸(p-tsa)、聚苯乙烯磺酸(pssh)、聚苯乙烯磺酸鈉(pssna)、十二烷基磺酸鈉、聚(2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸鹽)中一種或多種。
9、進一步的，所述3,4-二氧乙撐噻吩衍生物為羥甲基3,4-二氧乙撐噻吩、氨甲基3,4-二氧乙撐噻吩、丙烯酸基3,4-二氧乙撐噻吩中任一一種。
10、進一步的，所述粘合性聚合物與導電聚合物單體的質量比為10～15:1；所述導電活性物質單體與支持電解質的質量比為1:(2～3)。
11、進一步的，所述步驟(3)中，導電電子基體為導電電子基體為金屬貼片電極、多通道微電極、位點為金屬的柔性薄膜電極陣列、導電ito或導電pet中任一一種；金屬貼片電極、多通道微電極、金屬位點的柔性薄膜電極陣列的金屬材質包括pt-ir、au、鎳鉻、鎢、以及銀且位點直徑為5～150μm；其中微絲金屬電極均帶有2.7～3μm的parylene絕緣層。
12、進一步的，所述微絲金屬電子為鉑銥絲或鎳鉻絲的多通道微絲陣列電子，所述鉑銥絲直徑為10μm；所述鎳鉻絲直徑為25～30μm。
13、進一步的，所述步驟(3)中，電化學聚合方法為恒電位法、往復恒電位法、計時電流法或循環伏安法中的一種，聚合時間可以根據所需要的界面厚度進行設定(10～100s)。
14、進一步的，本專利技術中所述導電聚合物水凝膠生物電子界面應用于非侵入式表皮肌電極(emg)、非侵入式心電極(ecg)、機器人假肢界面、植入式高通量神經電極、腦深部電極、柔性貼片電極、用微電子機械系統制造柔性薄膜電極陣列、cuff電極、ecog電極、微絲/微針電極、復合電極、柔性可穿戴傳感器界面修飾。
15、進一步的所述導電水凝膠神經電極界面植入生物體腦內可以進行傳感、顯示、神經信號記錄與刺激。
16、本專利技術具有以下有益效果：
17、(1)本專利技術中，設計了一種簡單的電聚合方法在生物電子界面一步聚合導電聚合物水凝膠涂層，導電聚合物水凝膠涂層可以提高其生物相容性包括減少炎癥因子的附著以及降低楊氏模量，與腦組織間起到有效的緩沖作用；更重要的是導電聚合物的加入能顯著提高生物電子器件的電化學性能，粘附柔軟的聚合物基質的摻入有利于提高涂層與界面之間的機械性能、增強涂層自身的內聚力以及降低涂層的楊氏模量與組織更適配，使得生物電子涂層具有長期穩定性；此外，所制備的導電聚合物水凝膠涂層顯著增大了與電解液接觸的電化學活性面積，并且有利于生物界面阻抗降低和擴大電荷存儲/注入電容；上述性能綜合后導本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種導電聚合物水凝膠生物電子界面的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的導電聚合物水凝膠生物電子界面的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，粘性聚合物水凝膠為聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚氨酯、聚丙烯酰胺或聚多巴胺中一種或多種，粘附性聚合物的質量濃度為2wt.％～20wt.％；二元溶劑為極性溶液與去離子水混合溶劑，極性溶液為甲醇、乙醇、乙腈、二甲基亞砜或N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，極性溶液的體積濃度為10％～95％。
3.根據權利要求1所述的導電聚合物水凝膠生物電子界面的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，導電活性物質單體為苯胺(ANi)、吡咯(py)、噻吩、3,4-二氧乙撐噻吩(EDOT)或3,4-二氧乙撐噻吩衍生物(PEDOTs)中任一一種；支持電解質為對甲苯磺酸(p-TSA)、聚苯乙烯磺酸(PSSH)、聚苯乙烯磺酸鈉(PSSNa)、十二烷基磺酸鈉、聚(2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸鹽)中一種或多種。
4.根據權利要求3所述的導電聚合物水凝膠生物電子界面的制備方法，其特征在于，所述3,4-二氧乙撐噻吩衍生
5.根據權利要求1-4任一所述的導電聚合物水凝膠生物電子界面的制備方法，其特征在于，所述粘附性聚合物與導電活性物質單體的質量比為10～15:1；所述導電活性物質單體與支持電解質的質量比為1:(2～3)。
6.根據權利要求1所述的導電聚合物水凝膠生物電子界面的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，導電電子基體為金屬貼片電極、多通道微電極、位點為金屬的柔性薄膜電極陣列、導電ITO或導電PET中任一一種；金屬貼片電極、多通道微電極、金屬位點的柔性薄膜電極陣列的金屬材質包括Pt-Ir、Au、鎳鉻、鎢、以及銀且位點直徑為5～150μm；其中微絲金屬電極均帶有2.7～3μm的Parylene絕緣層。
7.根據權利要求6所述的導電聚合物水凝膠生物電子界面的制備方法，其特征在于，所述微絲金屬電子為鉑銥絲或鎳鉻絲的多通道微絲陣列電子，所述鉑銥絲直徑為10μm；所述鎳鉻絲直徑為25～30μm。
8.根據權利1所述的導電聚合物水凝膠生物電子界面的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，電化學聚合方法為恒電位法、計時電流法或循環伏安法。
9.根據權利要求1所述的導電聚合物水凝膠生物電子界面的制備方法，其特征在于，所述導電水凝膠生物電子界面應用于非侵入式表皮肌電極(EMG)、非侵入式心電極(ECG)、機器人假肢界面、植入式高通量神經電極、腦深部電極、柔性貼片電極、用微電子機械系統制造柔性薄膜電極陣列、Cuff電極、ECoG電極、微絲/微針電極、復合電極、柔性可穿戴傳感器界面修飾。
10.根據權利要求9所述的導電水凝膠生物電子界面的制備方法，其特征在于，所述導電水凝膠生物電子界面可植入生物體腦內進行傳感、顯示、神經信號記錄與刺激。
...【技術特征摘要】
1.一種導電聚合物水凝膠生物電子界面的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的導電聚合物水凝膠生物電子界面的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，粘性聚合物水凝膠為聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚氨酯、聚丙烯酰胺或聚多巴胺中一種或多種，粘附性聚合物的質量濃度為2wt.％～20wt.％；二元溶劑為極性溶液與去離子水混合溶劑，極性溶液為甲醇、乙醇、乙腈、二甲基亞砜或n,n-二甲基甲酰胺(dmf)，極性溶液的體積濃度為10％～95％。
3.根據權利要求1所述的導電聚合物水凝膠生物電子界面的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，導電活性物質單體為苯胺(ani)、吡咯(py)、噻吩、3,4-二氧乙撐噻吩(edot)或3,4-二氧乙撐噻吩衍生物(pedots)中任一一種；支持電解質為對甲苯磺酸(p-tsa)、聚苯乙烯磺酸(pssh)、聚苯乙烯磺酸鈉(pssna)、十二烷基磺酸鈉、聚(2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸鹽)中一種或多種。
4.根據權利要求3所述的導電聚合物水凝膠生物電子界面的制備方法，其特征在于，所述3,4-二氧乙撐噻吩衍生物為羥甲基3,4-二氧乙撐噻吩、氨甲基3,4-二氧乙撐噻吩、丙烯酸基3,4-二氧乙撐噻吩中任一一種。
5.根據權利要求1-4任一所述的導電聚合物水凝膠生物電子界面的制備方法，其特征在于，所述粘附性聚合物與導電活性物質單體的質量比為10～15:1；所述導電活性物質單體與支持電解質的質量比為1:...
【專利技術屬性】
技術研發人員：盧寶陽，田發娟，余佳文，王文，趙殿博，萬榮泰，曹杰，王喬博，楊漢珺，徐景坤，
申請(專利權)人：江西科技師范大學，
類型：發明
國別省市：
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