利用電化學(xué)方法，在多通道神經(jīng)微電極陣列芯片上制備聚吡咯氧化石墨烯薄膜材料，并對該材料的電化學(xué)行為進(jìn)行了分析。對神經(jīng)微電極陣列芯片采用計時(shí)電壓法探究，確定了定向修飾聚吡咯氧化石墨烯薄膜的最佳電沉積條件。微電極陣列芯片為多通道實(shí)時(shí)檢測神經(jīng)細胞的電生理和電化學(xué)信號提供了一種新的器件，但其檢測靈敏度、信噪比需進(jìn)一步的提高。將聚吡咯氧化石墨烯的平面微電極阻抗值降低了92.1%，且提高了對多巴胺循環(huán)伏安響應的靈敏度，對神經(jīng)電生理信號和電化學(xué)信號的檢測具有重要意義。

神經(jīng)系統是由神經(jīng)組織構成的器官系統，是人體中最為復雜也最為重要的系統之一，其包括了數十億的神經(jīng)元和多種感官信息傳遞機制。單個(gè)神經(jīng)元的信息傳遞是由電信號和遞質(zhì)信號共同完成的，這兩類(lèi)信號在神經(jīng)系統中起著(zhù)重要的作用。因此研究神經(jīng)電生理信號和遞質(zhì)電化學(xué)信號的同步檢測，對于神經(jīng)系統的進(jìn)一步研究具有重要的意義。

碳纖維電極、玻璃微電極等是人們檢測神經(jīng)細胞電生理信號的常用器件，但使用這些工具電極定位困難，操作繁瑣，且容易造成細胞損傷，使得無(wú)法長(cháng)期監測。近年來(lái)，隨著(zhù)微機電系統(microelectromechanical systems，MEMS)加工技術(shù)的發(fā)展，微電極陣列芯片使得在體或離體條件下對神經(jīng)細胞的長(cháng)期無(wú)損監測提供了可能，如德國Multichannel公司開(kāi)發(fā)的MEA芯片，密歇根大學(xué)研發(fā)的密歇根電極等。這些電極可實(shí)現群體神經(jīng)細胞電生理活動(dòng)的同步檢測，然而之前使用的微電極陣列沒(méi)有集成電化學(xué)檢測神經(jīng)遞質(zhì)的功能，且獲得信號的信噪比較低，這是因為裸電極或者修飾的材料靈敏度不高，檢測限低，與離體組織不易接觸。

石墨烯目前是世界上電阻率最小的材料，電阻率只約為10?6??cm，還兼有高熱導性和高機械強度的優(yōu)良性質(zhì)，但石墨烯的強疏水、易團聚的特性限制了其應用，而氧化石墨烯(graphene oxide，GO)因含有大量的含氧官能團能解決了以上不足，因而GO能在電子、材料、信息等領(lǐng)域有廣闊的應用前景。吡咯單體在氧化劑的存在下能較迅速地氧化成聚吡咯(polypyrrole,PPy)，PPy與其他高分子相比具有電導率高、易成膜、柔軟、生物相容性好的優(yōu)點(diǎn)，且吡咯易于和其他材料復合，所以PPy在電極修飾、離子檢測方面廣泛地被應用。

1材料與方法

1.1儀器與試劑

氧化石墨烯(純度>99%，南京先豐納米材料科技有限公司)；吡咯單體(純度>99%，sigma)實(shí)驗用水為去離子水；電化學(xué)工作站CHI660D(上海辰華儀器有限公司)；S4800型掃描電鏡(日本日立公司)；超聲分散儀(上海新苗醫療器械制造有限公司)。

1.2神經(jīng)微電極陣列芯片的制備

利用微機電系統加工工藝(MEMS)，實(shí)驗室自制了60通道的神經(jīng)微電極陣列芯片。芯片在玻璃基底上集成了便于神經(jīng)檢測的絕緣基底、焊盤(pán)、引線(xiàn)、微電極陣列、參考電極、對電極、復合敏感膜材料以及絕緣層，其中微電極的直徑為20μm，電極間距150μm，線(xiàn)寬10μm；包括兩次光刻過(guò)程。在光刻之前對玻璃基底依次經(jīng)過(guò)丙酮、乙醇、去離子水的清洗以確?；妆砻鏉崈?，第一次光刻步驟為：旋涂一層AZ1500正性光刻膠，隨后進(jìn)行前烘、曝光、顯影、后烘的操作；隨后，濺射一層厚度約為250 nm的鈦、鉑(Pt/Ti)金屬層；剝離多余的金屬，僅剩下焊盤(pán)、引線(xiàn)、微電極陣列、參考電極、對電極；并利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積法(PECVD)沉積厚度約為400 nm的Si3N4。第二次光刻即為套刻，操作步驟與初次光刻一致。操作完成后，對芯片進(jìn)行深刻蝕，本芯片制作采用干法刻蝕。干法刻蝕就是通過(guò)氣體和等離子體能量對光刻膠暴露區域進(jìn)行化學(xué)反應，使微電極暴露出來(lái)。

1.3聚吡咯氧化石墨烯(PPy/GO)的電化學(xué)聚合

計時(shí)電壓法和計時(shí)電流法是常用的電化學(xué)電鍍方法。本文采用計時(shí)電壓法探究PPy/GO合成的條件。電化學(xué)聚合分如下步驟：1)取1 mL的GO懸濁液(1 mg/mL)超聲分散25 min，期間不停通入N2；2)量取3.47μL的吡咯滴入GO中，并繼續超聲分散15 min；3)將此混合液在磁力攪拌器中攪拌2 min；4)電鍍實(shí)驗采用計時(shí)電壓法在三電極體系中進(jìn)行，對不同的微電極點(diǎn)選擇不同的電量密度，分別為0.08、0.2、0.3、0.5、0.8 C/cm2。

1.4 PPy/GO電化學(xué)行為

完成上述電聚合實(shí)驗后，首先，將神經(jīng)微電極陣列浸入已配制好的50μM多巴胺溶液(DA)中，采用三電極體系在?0.3～0.7 V的電位范圍內進(jìn)行循環(huán)伏安掃描10次，其中掃描速度為0.05 V/s。其次，將微電極浸入1 mL 0.9%NaCl溶液中，測試最佳電聚合沉積的微電極和裸Pt電極的阻抗譜圖，其中電壓設置為0.5 V，掃描頻率范圍為0.1 Hz～100 kHz。