孔径可控碳纳米管/聚吡咯修饰神经电极制备及性能研究

摘要

本文主要阐述了孔径可控的碳纳米管(Carbonnanotube，CNT)/聚吡咯(Polyprrole，PPy)复合电极的制备及性能研究，重点考察了复合电极的电化学性能、力学性能和细胞相容性等相关特性。研究结果表明该复合电极不仅能促进神经突的生长，还能保证电信号记录的灵敏性与长期稳定性。
　　首先选用混酸氧化法纯化单壁碳纳米(Single-walledcarbonnanotube，SWNT)，制备以乙醇为溶剂的稳定SWNT分散液，通过添加Al3+，在不锈钢片和金电极上电泳沉积SWNT涂层。控制沉积液中Al3+含量，可得到不同孔径大小的SWNT涂层，孔径大小分布为30～100nm左右。通过循环伏安法(CV)和交流阻抗法(EIS)研究SWNT复合电极的电化学性能，与传统的滴涂法制备的SWNT修饰电极相比，电泳沉积制备的复合电极具有更优良的导电性能，同时粘附力实验表明该方法制备的SWNT涂层与电极基底之间具有更强的粘附作用。
　　通过脉冲聚合的方法在覆盖有SWNT涂层的电极表面沉积PPy，成功制备出SWNT/PPy复合涂层修饰电极。场发射扫描电镜(FESEM)照片表明，PPy均匀地沿SWNT管束包覆，保留了SWNT涂层中原有的孔洞，形成三维纳米级的多孔结构。通过EDS、紫外光谱、红外光谱和拉曼光谱测试，证明复合涂层中共存的SWNT和PPy二者之间为物理结合。通过CV、EIS以及电路拟合等一系列电化学方法研究，证实不锈钢电极经SWNT/PPy复合涂层修饰后，其导电性能大幅度增强，远远高于纯SWNT或纯PPy修饰的不锈钢电极，电荷转移电阻（Rct）也仅为裸不锈钢电极的0.5％。
　　细胞培养实验对比了滴涂法和电泳沉积制备的SWNT修饰电极以及SWNT/PPy修饰电极表面的细胞生长情况，证明采用本文方法制备的SWNT/PPy复合电极具有良好的生物相容性，这一结果表明该SWNT/PPy修饰电极具有作为长期植入型神经电极的潜在应用性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 神经电极的分类

1．2．1 微丝电极

1．2．2 硅基电极

1．2．3 柔软阵列

1．3 碳纳米管修饰神经电极

1．3．1 碳纳米管的特征

1．3．2 碳纳米管修饰电极的方法

1．4 碳纳米管-导电聚合物修饰神经电极

1．4．1 导电聚合物修饰电极

1．4．2 导电聚合物—聚吡咯(PPy)

1．4．3 CNT／导电聚合物修饰电极的方法

1．5 本文研究思路和内容

2 电泳沉积制备孔径可控的碳纳米管／不锈钢片电极

2．1 理论背景

2．2 实验部分

2．2．1 原料与仪器设备

2．2．2 实验步骤

2．3 结果与讨论

2．3．1 SWNT分散液稳定性分析

2．3．2 Zeta电位测试分析

2．3．3 形貌分析

2．3．4 电泳沉积得到SWNT涂层的处理以及电化学性能分析

2．3．5 EDS测试分析

2．3．6 粘附力性能对比分析

2．4 本章小结

3 电化学法制备聚吡咯／碳纳米管修饰电极

3．1 理论背景

3．2 实验部分

3．2．1 原料与仪器设备

3．2．2 实验步骤

3．3 结果与讨论

3．3．1 形貌分析

3．3．2 紫外表征

3．3．3 红外光谱分析表征

3．3．4 拉曼光谱分析表征

3．3．5 电化学性能

3．3．6 细胞培养

3．4 本章小结

4 结论

4．1 本文主要结论

4．2 本文主要特色

4．3 尚待进一步研究的问题

致谢

参考文献

附录