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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學院辦院方針

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深圳先進院神經(jīng)電極高性能納米修飾材料研究獲進展

2019-07-12 深圳先進技術(shù)研究院

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語音播報

　　近日，中國科學院深圳先進技術(shù)研究院醫(yī)工所微納中心研究員吳天準及其研究團隊成功研發(fā)出一種高性能、可控制備的三維氧化銥/鉑納米復(fù)合材料，用于修飾神經(jīng)微電極，取得了創(chuàng)紀錄的電學性能。相關(guān)研究成果Well Controlled 3D Iridium Oxide/Platinum Nanocomposites with Greatly Enhanced Electrochemical Performances（《良好可控具有極強電化學性能的三維氧化銥/鉑納米復(fù)合材料》）已在線發(fā)表于《先進材料界面》（Advanced Materials Interfaces，DOI: 10.1002/admi.201900356）上。論文第一作者為助理研究員曾齊，通訊作者為吳天準。

　　近年來，隨著微型化、柔性化電子器件以及便攜式、可穿戴、可植入的迅猛發(fā)展，微型儲能器件的需求也越來越大。其中，微型化的電化學電容器（Electrochemical capacitors, ECs）可達到極高的儲能密度。神經(jīng)電極作為典型的微型EC，廣泛應(yīng)用于人造耳蝸、人造視網(wǎng)膜、神腦刺激器等神經(jīng)假體，微米尺度的電極陣列可為臨床提供更高的電刺激/記錄效率。然而，電極尺寸的大幅度縮小會造成極大的界面阻抗，使其電荷存儲和注入能力等性能嚴重下降，從而限制了其應(yīng)用。目前，在不增加電極幾何尺寸的情況下，通過微電極表面修飾方法得到的鍍層均無法滿足低阻抗、高電荷存儲能力、高電荷注入能力以及長期穩(wěn)定性的指標。

　　基于上述考慮，吳天準及其團隊成員曾齊等人在前期工作中已成功研發(fā)出一種氧化銥/鉑納米錐復(fù)合鍍層（Electrochimica Acta, 2017, 237, 152-159），有效改善了電極的電學性能和刺激效率。研究團隊在前期鉑納米錐的基礎(chǔ)上進一步開發(fā)出了3D鉑納米花結(jié)構(gòu)，并探索了其演變情況；同時得到的氧化銥納米顆粒可很好地附著于上述鉑納米結(jié)構(gòu)上。

　　研究結(jié)果表明，在微電極表面（電極直徑：200μm）修飾高性能3D氧化銥/鉑納米復(fù)合材料后，電化學阻抗相比未修飾電極降低了94.52%，陰極電荷存儲能力增大超過56倍（比前期工作提高了1個數(shù)量級）。該復(fù)合材料修飾的電極在經(jīng)過了1億多次的連續(xù)電脈沖刺激后，陰極電荷存儲能力依然維持在86%以上。此外，其電荷注入能力高達6.37 mC·cm^-2，遠領(lǐng)先于目前報道的鉑/銥神經(jīng)電極修飾材料；在葡萄糖檢測方面也表現(xiàn)出優(yōu)秀的特異性和靈敏度。該研究成果有效解決了現(xiàn)有的技術(shù)短板，可操作性強，能批量生產(chǎn)，對微電極表面修飾材料的開發(fā)和以人造視網(wǎng)膜為代表的神經(jīng)電極刺激/記錄具有重要指導(dǎo)意義，有望廣泛應(yīng)用于神經(jīng)假體、高效刺激/記錄電極、生物傳感、能量存儲等領(lǐng)域。

　　上述研究得到國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、深圳市孔雀團隊項目等的資助。

　　論文鏈接

　?。╝）電化學修飾裝置示意圖；（b）微電極陣列排布；（c）微電極表面修飾前后的光學顯微圖像；（d）-（g）微電極表面修飾流程圖；（h）氧化銥/鉑納米材料微觀形貌

　　近日，中國科學院深圳先進技術(shù)研究院醫(yī)工所微納中心研究員吳天準及其研究團隊成功研發(fā)出一種高性能、可控制備的三維氧化銥/鉑納米復(fù)合材料，用于修飾神經(jīng)微電極，取得了創(chuàng)紀錄的電學性能。相關(guān)研究成果Well Controlled 3D Iridium Oxide/Platinum Nanocomposites with Greatly Enhanced Electrochemical Performances（《良好可控具有極強電化學性能的三維氧化銥/鉑納米復(fù)合材料》）已在線發(fā)表于《先進材料界面》（Advanced Materials Interfaces，DOI: 10.1002/admi.201900356）上。論文第一作者為助理研究員曾齊，通訊作者為吳天準。
　　近年來，隨著微型化、柔性化電子器件以及便攜式、可穿戴、可植入的迅猛發(fā)展，微型儲能器件的需求也越來越大。其中，微型化的電化學電容器（Electrochemical capacitors, ECs）可達到極高的儲能密度。神經(jīng)電極作為典型的微型EC，廣泛應(yīng)用于人造耳蝸、人造視網(wǎng)膜、神腦刺激器等神經(jīng)假體，微米尺度的電極陣列可為臨床提供更高的電刺激/記錄效率。然而，電極尺寸的大幅度縮小會造成極大的界面阻抗，使其電荷存儲和注入能力等性能嚴重下降，從而限制了其應(yīng)用。目前，在不增加電極幾何尺寸的情況下，通過微電極表面修飾方法得到的鍍層均無法滿足低阻抗、高電荷存儲能力、高電荷注入能力以及長期穩(wěn)定性的指標。
　　基于上述考慮，吳天準及其團隊成員曾齊等人在前期工作中已成功研發(fā)出一種氧化銥/鉑納米錐復(fù)合鍍層（Electrochimica Acta, 2017, 237, 152-159），有效改善了電極的電學性能和刺激效率。研究團隊在前期鉑納米錐的基礎(chǔ)上進一步開發(fā)出了3D鉑納米花結(jié)構(gòu)，并探索了其演變情況；同時得到的氧化銥納米顆粒可很好地附著于上述鉑納米結(jié)構(gòu)上。
　　研究結(jié)果表明，在微電極表面（電極直徑：200μm）修飾高性能3D氧化銥/鉑納米復(fù)合材料后，電化學阻抗相比未修飾電極降低了94.52%，陰極電荷存儲能力增大超過56倍（比前期工作提高了1個數(shù)量級）。該復(fù)合材料修飾的電極在經(jīng)過了1億多次的連續(xù)電脈沖刺激后，陰極電荷存儲能力依然維持在86%以上。此外，其電荷注入能力高達6.37 mC·cm-2，遠領(lǐng)先于目前報道的鉑/銥神經(jīng)電極修飾材料；在葡萄糖檢測方面也表現(xiàn)出優(yōu)秀的特異性和靈敏度。該研究成果有效解決了現(xiàn)有的技術(shù)短板，可操作性強，能批量生產(chǎn)，對微電極表面修飾材料的開發(fā)和以人造視網(wǎng)膜為代表的神經(jīng)電極刺激/記錄具有重要指導(dǎo)意義，有望廣泛應(yīng)用于神經(jīng)假體、高效刺激/記錄電極、生物傳感、能量存儲等領(lǐng)域。
　　上述研究得到國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、深圳市孔雀團隊項目等的資助。
　　論文鏈接
　　
　　（a）電化學修飾裝置示意圖；（b）微電極陣列排布；（c）微電極表面修飾前后的光學顯微圖像；（d）-（g）微電極表面修飾流程圖；（h）氧化銥/鉑納米材料微觀形貌
　　

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