生物电极电沉积表面改性研究

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在靶点位置植入电极是目前临床医学上治疗神经障碍类疾病如运动障碍疾病(Movement Disorders,MDs)最有效的方法。然而,随着电极植入时间的增长,电极的刺激效果会下降;本文在国家自然科学基金(NO.51105134)资助下,通过实验研究分析了电极在使用性和耐腐蚀性等方面存在的问题,提出了采用表面改性方法解决电极在长期使用过程中出现的问题。论文主要研究内容如下:(1)对细胞在电极表面产生电润湿现象进行了研究。首先对固液表面接触时会产生润湿现象进行了描述,介绍了表面张力、接触角、Young方程和Young-Laplace方程。再对细胞在电极表面会产生毛细提升和电润湿现象进行分析研究,建立细胞在电极表面的电润湿的物理模型,分析了未加电压和加电压时接触角的变化关系,再由动力学建立了驱动力与电润湿工艺参数的关系,为电极制备工艺提供理论基础。(2)对电极刺激点的表面改性后处理进行了研究。采用碱性电沉积Pt和阳极氧化电沉积氧化铱薄膜工艺增加电极刺激点的厚度,扫描电镜分析不同时间和电流密度下电沉积薄膜的微观结构及物理表征,通过CV曲线分析电沉积薄膜的电化学特性和电极的稳定性,确定最佳电沉积电流密度范围为0.3A/dm2-0.4A/dm2和10uA/mm2-20uA/mm2。电沉积的Pt和氧化铱薄膜提高了电极的耐腐蚀性,降低了电极的阻抗,另外氧化铱还使电极具有更高的电荷储存能力。(3)对海马神经元细胞在电沉积Pt和氧化铱薄膜表面的生长特性进行了研究。结合神经元细胞在体外培养的理论方法,用海马神经元细胞在电沉积Pt和氧化铱薄膜表面上进行培养,由荧光显微镜和扫描电镜分析细胞在金属薄膜上的生长情况。发现神经元细胞不在电沉积Pt薄膜上生长,由于电沉积的Pt薄膜是一种超疏水结构,细胞不贴附,同时也抑制了纤维包囊的产生,可以提高植入电极的使用性;在电沉积的氧化铱薄膜表面上神经元细胞生长良好,表明电沉积氧化铱薄膜的生物相容性良好,同时也抑制了星形胶质细胞的生长,可以提高植入电极的使用性。
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