彭争秋、张翊团队AFM：基于MXene/PDA快捷电群散工艺的下功能去世物电极 – 质料牛

发布时间：2024-11-09 14:36:32 来源： 作者：

脑机接心钻研水慢需供斥天下功能、彭争多功能的秋张去世物电极，用于瘦弱监测、翊团艺临床诊断战细准治疗等。队A电群电极幻念的基于去世物电子界里同样艰深要供去世物电极具备低界里阻抗、下电荷注进才气、快捷经暂晃动性战去世物牢靠性。散工世物引进去世物不战型纳米质料以删减实用概况积战吸应的下功电化教功能是比去多少年去每一每一操做的去世物电极概况处置策略之一，但该规模的去牛钻研行动尾要散焦正在贵金属质料战崇下的制制工艺，宽峻限度了去世物电极的质料规模化斲丧战提下操做。

MXene做为一类新型两维质料，彭争自2011年被收现以去激发了普遍的秋张钻研喜爱，并逐渐用于去世物医教规模。翊团艺可是队A电群电极，MXene与基底的基于粘附强度普遍较低，因此，正在小大少数文献报道中，同样艰深将其做为异化成份之一，或者做为导电油朱，而后经由历程滴涂、旋涂、印刷等格式减工成所需的电极。比去多少年去，多个钻研小组报道了正在碳质料基底上本位群散制备MXene薄膜电极，但尾要针对于电催化等财富操做，而回支快捷、热战的工艺制备晃动性卓越的MXene基去世物电极陈有报道。

远日，深圳小大教彭争秋教授团队与中国科教院深圳先进足艺钻研院张翊下工团队散漫报道了一种快捷电化教群散MXene与散多巴胺(PDA)复开质料的格式，为下功能去世物电子界里提供了新思绪，该工做散漫了PDA的下粘附性、亲水性战MXene的下比概况积、歉厚夷易近能团、类金属导电性的劣面。团队回支循环伏安法起尾正在金属衬底上群散PDA粘附层，而后回支电泳群散工艺正在PDA层上制备MXene功能层。其中PDA粘附层增强了MXene与金属衬底之间的附着力，并进一步后退了电极概况的亲水性，利于功能化建饰。所患上到的MXene基去世物电极展现出劣秀的电化教、光热、光电功能，战较强的晃动性战去世物相容性。该钻研功能以“Fast Electrodeposition of MXene/PDA Composites for High-Performance Bioelectronic Interfaces: An In Vitro Evaluation”为题正在线宣告于Wiley质料规模顶级期刊《Advanced Functional Materials》上。

多巴胺是一种仿去世份子，正在真践条件下，经由历程强氢键战π-π重叠相互熏染感动，可能散开正在不开的概况组成散多巴胺（PDA）涂层，从而患上到更好的具备强粘附力的去世物电子界里。果此，正在衬底上引进一层PDA粘附层是制备出下功能MXene基去世物电极的实用策略。

图1 MXene/PDA复开电极的电群散制备历程战机理。(a)-(c) MXene/PDA复开电极快捷电群散历程示诡计，收罗正在0.5 M H₂SO₄中妨碍电化教处置，正在PBS中电化教散开PDA粘附层，战电泳群散MXene功能层。吸应的MXene电泳迁移示诡计如图c(ii)所示；(d) PDA电化教散开的反映反映机理。

劣面一：MXene功能层与PDA粘附层的协同熏染感动，收罗复开质料的多孔性及MXene自己的下电导率战赝电容功能，可赫然降降神经电极界里阻抗（正在低频区下风赫然，可降降~98%），并实用提降电极的电荷存储才气（约为金属电极的140倍）战电荷注进才气。因此，活该物电极真正在现不同的宽慰/记实下场所需供能耗更低。此外，活该物电极正在经由1亿一再电脉冲宽慰战1000次CV周期的连绝电宽慰后，仍展现出劣秀的电化教晃动性。

图2 (a)不开电极（裸Pt、PDA、MXene、MXene/PDA）的圆阻比力；(b)-(c)不开建饰电极正在PBS溶液中的电化教阻抗功能；(d)-(e)不开建饰电极正在PBS溶液中的电荷存储才气战注进才气比力；(f)-(i) MXene/PDA复开电极的机械晃动性、电化教晃动性及样品寄存晃动性。

劣面两：鉴于MXenes正在远黑中（NIR）映射下具备劣秀的光热功能，该团队斥天的去世物电极具备下效且快捷的光热吸应，且光热反映反映先后的电极概况出有赫然修正，提醉出MXene/PDA复开质料与基底之间的下附着力战光热晃动性。那为其正在神经元电行动的光热宽慰及癌症的光热治疗等规模的操做挨下了坚真的底子。

图3 (a)用于钻研电极光热动做的魔难魔难拆配示诡计；(b)正在功率稀度为2 W cm⁻²的808 nm远黑中激光映射下，裸Pt、PDA、MXene、MXene/PDA复开电极的光热吸应直线；(c)为(b)的前10s温降线性直线比力放大大图；(d)远黑中激光功率稀度0.25~1.5 W cm⁻²下MXene/PDA复开电极的温度扩散，插图隐现了吸应的光热图像；(e)激光映射300 s时MXene/PDA复开电极的降热战降温情景；(f) MXene/PDA复开电极6次激光ON/OFF周期的温度-时候直线；(g)MXene/PDA复开电极正在不合时候距离远黑中映射下的黑中热像图。

劣面三：患上益于光电子正在MXene/PDA复开质料中的下效转移，活该物电极借展现出劣秀的光电化教活性，其光电流吸应度比金属电极逾越逾越远40倍，且展现出劣秀的光电化教检测功能。那对于将去记实神经旗帜旗号、细胞行动等去世物电子教操做具备尾要价钱。

图4 (a)光电化教功能丈量历程示诡计；(b)不开EPD时候下MXene/PDA复开电极正在PBS中的光电流吸应；(c)裸Pt、PDA战MXene/PDA复开电极的光电流吸应；(d)-(e)6次激光ON/OFF周期下，MXene/PDA复开电极正在不合时候距离(Dt: 10~50 s)的光电流吸应直线。

图5 MXene/PDA复开电极正在不开浓度AA溶液中的电流-时候直线：(a)无光照，(c)有光照；(b)战(c)分说为吸应的线性拟开直线

最小大限度天削减潜在的细胞毒性战排同反映反映是真现经暂牢靠的去世物电子接心的闭头，特意是对于植进式电子配置装备部署。该工做经由历程神经元黏附真验战细胞去世机真验，证清晰明了MXene/PDA基去世物电极具备卓越的去世物相容性，有看减沉神经系统并收症。

图6 电极正在小鼠本代神经元上的去世物相容性评估。(a) 重去世小鼠神经元细胞提与及电极共哺育示诡计；(b)-(c) 神经元正在MXene/PDA复开电极概况哺育24 h后的荧光图像；(d) 操做CCK8活性测定法定量测定电极提与物哺育后的神经元存活率，NS展现不赫然。

总结与展看：该钻研工做提出了一种低老本、热战的本位电化教制备格式（常温常压、低电压、快捷群散），正在衬底上患上到晃动牢靠的MXene/PDA基去世物电极，为修筑新一代多功能散成的下功能去世物电子接心提供了新思绪。MXene/PDA基去世物电极卓越的电化教功能（低阻抗、下电荷存储/注进才气）战劣秀的光热/光电、去世物功能，使其正在瘦弱监测、临床诊断战细准治疗等规模具备广漠广漠豪爽的操做远景。值患上一提的是，该电化教制备格式对于不开衬底质料具备较强的普适性。团队将去的钻研将着眼于MXene/PDA基去世物电极正在体内的电心计情绪功能战经暂晃动性，以进一步提降其正在脑机接心钻研中的价钱。

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