2结果与讨论


2.1器件制备及PPy/GO的修饰


图1所示为神经微电极阵列芯片的整体效果图和电极中心放大图。由图可知，遵循此流程制作出的电极阵列芯片引线清晰均匀，电极阵列表面无浮渣，选择比较好。这种直径20μm、间距150μm的60通道神经微电极为高通量，长期无损检测神经网络、单细胞的神经电生理和递质电化学检测提供了可能。

图1神经微电极阵列芯片


在60通道的神经微电极阵列上，选择5个神经微电极，使用不同电量密度，均成功地定向聚合生成PPy/GO，如图2所示。图2a为在0.3 C/cm2条件下的电镜扫描图，在氧化石墨烯的片层结构及表面的聚吡咯颗粒(球状纳米颗粒)均清晰可见。

图2在平面微电极阵列上制备的聚吡咯氧化石墨烯


2.2 PPy/GO的阻抗特性


神经微电极阻抗的大小对于神经电生理检测有重要的意义，尤其是1 kHz处的阻抗越小，越能够获得信噪比高的动作电位。这是因为神经信号动作电位的发放是毫秒级的，若在1 kHz左右的阻抗值很大，会导致有效的动作电位淹没在噪声中。如图3所示的数据表明，在使用0.3 C/cm2作为电聚合条件的神经微电极阻抗值(1 kHz)明显小于裸Pt电极。阻抗值从100 kΩ下降至7.94 kΩ，降幅达92.1%，对神经电生理信号和电化学信号的检测都具有重要的意义。

图3裸铂电极和PPy/GO修饰的电极阻抗谱图


2.3 PPy/GO对多巴胺的循环伏安响应


不同电量密度电聚合成的PPy/GO有不同的电化学性质。图4a为修饰有PPy/GO的神经微电极在50μM DA溶液中的伏安响应，其中包括裸Pt电极，使用0.3 C/cm2和0.8 C/cm2电量密度修饰的神经微电极的循环伏安曲线(CV曲线)，Bare Pt—(■)，0.3 C/cm2—(○)，0.8 C/cm2—(△)，分别为PPy/GO的电沉积条件。图4b为不同电沉积条件下的复合材料的电荷容量。对于采用循环伏安法获得的CV曲线的电荷容量为：

式中，v为扫描速率；ϕ为电位。由式(1)可知，CV曲线所围面积即为电荷容量。图4b表明随着使用电量密度的增加，聚合成的PPy/GO的电荷容量在不断增加。即随着电量密度的增加，沉积的PPy/GO使神经微电极表面粗糙度不断增加，即比表面积不断加大，对于神经信号检测中提高信噪比和信号的灵敏度有很大的帮助。


由图4a可看出，对50μM DA响应电流最高的是0.8 C/cm2，裸Pt电极响应很低。超微电极(直径微米级)表面的物质扩散由一维扩散转变为多维扩散，所得的电流在短时间内即能达到稳态，而且具有很大的电流密度。因此，超微电极的CV曲线为经典的Z形，无明显的氧化峰与还原峰。0.8 C/cm2的聚合物氧化电流拐点出现在0.45 V，而0.3 C/cm2的PPy/GO薄膜氧化电流拐点出现在0.38 V。氧化电压越小，能排除其他物质的干扰，则说明在0.3 C/cm2条件下生成的PPy/GO对DA的选择性好。此外，0.3 C/cm2的PPy/GO灵敏度相对于裸Pt电极也很高，综上所述，选择0.3 C/cm2为最佳的电聚合条件。

图4最佳电沉积条件


3结束语


本文采用MEMS工艺制作了60通道神经微电极阵列芯片，利用计时电压法在多通道神经微电极阵列上定向电聚合成PPy/GO复合材料，并通过循环伏安扫描法确定了最佳的电镀条件。在该条件下的微电极对DA响应灵敏度高，并拥有较低的阻抗值。本文提出的聚吡咯氧化石墨烯修饰的多通道神经微电极阵列，有望在神经双模信号(神经电化学信号和神经电生理信号)的检测中得到应用。