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  捕捉大腦動態(tài)需要穩(wěn)固且高性能的神經(jīng)接口。聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)是一種綜合性能優(yōu)異的神經(jīng)界面材料，但PEDOT與電極基底的弱粘附性影響了其可靠性和實(shí)際應(yīng)用�；瘜W(xué)改性的EDOT衍生物，如羧基、乙烯基、醛基和胺基功能化的EDOT衍生物，已被證明可以增強(qiáng)PEDOT在電極基底上附著力。但其導(dǎo)電性變差，從而嚴(yán)重影響了化學(xué)改性PEDOT神經(jīng)電極的電化學(xué)性能。因此開發(fā)兼具優(yōu)良電性能和強(qiáng)粘附性能的界面材料是該領(lǐng)域急需解決的挑戰(zhàn)性工作。

  華中科技大學(xué)羅志強(qiáng)教授、中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院李驍健教授等人利用聚吲哚衍生物的優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)了一種具有優(yōu)異導(dǎo)電性能的聚(5-硝基吲哚)(PIN-5NO₂)作為粘附界面層，以增強(qiáng)PEDOT與金屬電極的粘附。一方面5-硝基吲哚可通過電聚合制備具有優(yōu)良電性能的共軛PIN-5NO₂。另一方面聚合過程中5-硝基吲哚中的硝基還原而成的氨基可通過電接枝，與金(Au)電極基底形成強(qiáng)的附著力。以PIN-5NO₂作為導(dǎo)電粘附界面層，Au/PIN-5NO₂/PEDOT電極表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能及機(jī)械性能穩(wěn)定性。Au/PIN-5NO₂/PEDOT修飾ECoG器件的體內(nèi)評估顯示了捕獲大腦神經(jīng)動力學(xué)的卓越能力。該策略為構(gòu)建穩(wěn)固的高性能神經(jīng)界面提供了新思路。該研究以題為 “Poly(5-nitroindole) Thin Film as Conductive and Adhesive Interfacial Layer for Robust Neural Interface”的論文發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。

圖1.利用PIN-5NO₂作為導(dǎo)電粘附界面材料實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固的高性能神經(jīng)界面。a)放置在小鼠大腦表面的基于Au/PIN-5NO₂/PEDOT神經(jīng)界面的網(wǎng)狀ECoG器件，用于捕捉大腦動力學(xué)。b)Au/PIN-5NO₂/PEDOT電極構(gòu)建流程c)電聚合結(jié)合電接枝制備PIN-5NO₂導(dǎo)電黏附界面層的機(jī)理。

圖2.Au/PIN-5NO₂/PEDOT電極的電化學(xué)性能和機(jī)械性能穩(wěn)定性。a)Au/ PIN-5NO₂/PEDOT電極材料的掃描電鏡圖像（橫截面）。b)-d）PIN-5NO₂對Au/ PIN-5NO₂/PEDOT電極材料電化學(xué)性能的影響。e) Au/PIN-5NO₂電極、Au/PEDOT電極和Au/PIN-5NO₂/PEDOT電極超聲處理30min前后的照片。f)超聲處理30min前后電極上剩余材料比率。g) Au/PEDOT電極和Au/PIN-5NO₂/PEDOT電極的剝離強(qiáng)度。h)超聲處理前后Au/PIN-5NO₂電極、Au/PEDOT電極和Au/PIN-5NO₂/PEDOT電極的阻抗譜及（j）1kHz的阻抗值。

  Au/PIN-5NO₂/PEDOT展現(xiàn)出三層結(jié)構(gòu)，通過對比超聲前后Au/PIN-5NO₂/PEDOT及Au/PEDOT電極的機(jī)械性能及電化學(xué)性能，證實(shí)由于PIN-5NO₂良好的導(dǎo)電性及界面粘附性，其對Au/PIN-5NO₂/PEDOT電極材料的電化學(xué)性能及機(jī)械性能穩(wěn)定性都有顯著提升作用。

圖3.利用Au/PIN-5NO₂/PEDOT微電極體內(nèi)記錄小鼠大腦皮層電信號（ECoG）。a)64通道Au/PIN-5NO₂/PEDOT修飾ECoG器件放置在小鼠大腦表面的圖片。b)急性植入64通道Au/PIN-5NO₂/PEDOT修飾ECoG（微電極面積為706.5 μm2）器件捕獲的ECoG原始信號。c)與(b)相同，但使用的是商業(yè)ECoG微電極，其面積為1962.5μm2。d) Au/PIN-5NO₂/捕獲的ECoG低頻(下)和高頻(上)頻譜圖。e)與(d)相同，但使用的是商業(yè)ECoG微電極。f) Au/PIN-5NO₂/PEDOT微電極在拂動胡須過程中捕獲ECoG信號的相應(yīng)頻譜圖。

  與商用電極相比，基于Au/PIN-5NO₂/PEDOT的ECoG器件在高頻（>54 Hz）拾取具有相對較大的強(qiáng)度，使用較小電極 Au/PIN-5NO₂/PEDOT微ECoG器件可以捕獲更多的腦部狀態(tài)信息。Au/PIN-5NO₂/PEDOT ECoG器件可以高質(zhì)量收集外部刺激條件下（撥動小鼠胡須）所引起的約40-100 Hz頻段的ECoG信號振蕩。

  以上相關(guān)成果分別發(fā)表在 Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater. 2021, 2105857)上。論文的第一作者為華中科技大學(xué)博士生楊明，通訊作者為華中科技大學(xué)羅志強(qiáng)教授，共同通訊作者為中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院李驍健教授。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202105857