近日，中國科學院深圳先進技術研究院微納系統與仿生醫學研究中心研究員吳天準團隊開發了一種基於二氧化鈦（TiO2）的聚多巴胺（PDA）仿生聚合物製備柔性神經電極的新方法，可顯著縮短聚合時間，結合鉑納米線（Pt NWs）修飾電極，粘附性強，電學性能優異。
相關研究結果“Fast Polymerization of Polydopamine Based on Titanium Dioxide for High-Performance Flexible Electrodes”已在線發表於界面材料期刊ACS Applied Materials & Interfaces (DOI: org/10.1021/acsami.9b19875)。博士生黃兆嶺、助理研究員曾齊為共同第一作者，吳天準為通訊作者。
圖A. nano- TiO2與紫外光照加速PDA聚合示意圖，與PDA/TiO2/PtNW修飾電極的SEM圖；
圖B.（a）不同修飾電極實物圖，（b）用於電學性能測試的工作電極製備示意圖；（c）-（d）分別為Ti/Pt，PDA，PDA/TiO2和PDA/TiO2/PtNW修飾材料的AFM圖
近年來，隨著智能柔性電子在可穿戴、可植入領域的迅猛發展，迫切需求一種可用於仿生電極材料的易操作、生物兼容性好及低成本的高效製備方法。而傳統柔性電子器件製造工藝普遍存在柔性襯底和金屬導電層的楊氏模量相差巨大，導致粘附力低，易分層和失效。為獲得較好的刺激/記錄性能，促使微型化的電化學電容器達到極高的儲能密度，以便更好地服務於人造耳蝸、人造視網膜、深腦刺激器等神經假體領域。鑑於多巴胺（DA）仿生聚合物及其衍生物表面具有大量的不飽和化學鍵，可作為柔性電子器件的緩衝層，替代傳統工藝的物理粘附，具有巨大的應用前景。然而傳統的聚多巴胺（PDA）的仿生薄膜成型速度緩慢、電極修飾材料工藝複雜且與基底的粘附性能普遍較低。
為解決以上矛盾，吳天準團隊基於前期神經電極表界面（Electrochimica Acta, 2017, 2(37), 152-159；Advanced Materials Interfaces, 2019, 6 (18), 1900356）的研究經驗，創新性地提出了通過添加納米二氧化鈦（nano-TiO2）大幅加速仿生PDA黏附性薄膜成型，將其作為導電粘附層，隨後再修飾Pt NWs使電極獲得優異的電學性能。
研究發現，與傳統的紫外光照成型方法相比，PDA薄膜在室溫下的沉積速率提高了10倍以上，1h以內即可成型；nano-TiO2的加入顯著提高了Pt NWs與PDA的螯合率，極大地簡化了電極製造工藝。這種新方法制備的電極面阻抗為0.0968 kΩ cm2（比未修飾電極降低了99.88 %），陰極電荷存儲能力（CSCc）高達234.4 mC/cm2，是傳統濺射工藝製造金屬鈦/鉑電極的13.5倍；同時具有更明顯的光電流極化響應。此外，PDA/TiO2/PtNW修飾層與電極基底的粘附性高，在降低成本的同時，也極大地提高了電極的加工製造效率和電學性能。該研究成果可操作性強，具有廣闊的應用前景，為柔性電極的製備開拓了新思路，可廣泛應用於神經植入體、生物傳感器或載藥、光電電極材料等實際應用中。
上述研究同時得到國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、深圳市基礎學科佈局項目等的資助。
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