13、纳米结构涂层：提升神经元电荷传递的创新之路

纳米结构涂层：提升神经元电荷传递的创新之路

1. 碳纳米管相关电极研究

在神经元刺激电极的研究中，碳纳米管（CNT）相关的电极展现出了独特的性能。一种由40μm高的CNT组成的柱状微阵列，通过催化热化学气相沉积系统垂直生长在50μm×50μm的电极位点上。这些CNT柱的电荷注入极限与传统金属相当，并且能够通过电刺激引发神经活动。

垂直排列的碳纳米纤维（VACNF）也被应用于神经元刺激。VACNF生长在由400nm厚的氮化硅绝缘的铂记录位点上，其高度为2 - 4μm，直径为100 - 250nm。由此形成的微刷阵列（MBA）在电特性上优于可比的钨或铂电极，表现为对刺激电流的电压响应较低。不过，VACNF MBA在未先用PPy/KCl在1.5V下涂层120s时，无法引发场电位波。

部分CNT能够促进更强的细胞粘附和更广泛的神经突生长。但将这些微/纳米结构电极以最小损伤的方式植入体内，以及解决松散CNT的毒性健康问题，仍面临挑战。为此，开发了可长期植入的4 - 8μm碳纤维电极。这些电极的电性能主要是电容性的，在 - 0.6至0.8V之间没有氧化还原峰，其电荷存储容量（CSC）和电荷注入能力与传统金属和导电聚合物相比相对有限，这再次证明了赝电容电荷转移比电容电荷转移更高效。

2. 逐层组装复合材料

逐层（LbL）组装的薄膜复合材料是由带相反电荷的材料紧密交替形成的单层结构。其组装基于电荷相互作用原理，最初由Decher等人在1992年为聚电解质引入。当材料表面浸入溶液时，由于氧化、水解和离子的优先吸附会产生净电荷。将带负电荷的表面浸入正聚电解质溶液（如聚二甲基二烯丙基氯化铵，PDDA）中，正电解质会吸附在表面。用水冲洗去除松散结合的聚电解质后