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(duì)該材料的電化學(xué)行為進(jìn)行了分析。對(duì)神經(jīng)微電極陣列芯片采用計(jì)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(cè)神經(jīng)細(xì)胞的電生理和電化學(xué)信號(hào)提供了一種新的器件，但其檢測(cè)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(duì)多巴胺循環(huán)伏安響應(yīng)的靈敏度，對(duì)神經(jīng)電生理信號(hào)和電化學(xué)信號(hào)的檢測(cè)具有重要意義。

神經(jīng)系統(tǒng)是由神經(jīng)組織構(gòu)成的器官系統(tǒng)，是人體中最為復(fù)雜也最為重要的系統(tǒng)之一，其包括了數(shù)十億的神經(jīng)元和多種感官信息傳遞機(jī)制。單個(gè)神經(jīng)元的信息傳遞是由電信號(hào)和遞質(zhì)信號(hào)共同完成的，這兩類信號(hào)在神經(jīng)系統(tǒng)中起著重要的作用。因此研究神經(jīng)電生理信號(hào)和遞質(zhì)電化學(xué)信號(hào)的同步檢測(cè)，對(duì)于神經(jīng)系統(tǒng)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(cè)神經(jīng)細(xì)胞電生理信號(hào)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(xì)胞損傷，使得無(wú)法長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。近年來，隨著微機(jī)電系統(tǒng)(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(duì)神經(jīng)細(xì)胞的長(zhǎng)期無(wú)損監(jiān)測(cè)提供了可能，如德國(guó)Multichannel公司開發(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(xiàn)群體神經(jīng)細(xì)胞電生理活動(dòng)的同步檢測(cè)，然而之前使用的微電極陣列沒有集成電化學(xué)檢測(cè)神經(jīng)遞質(zhì)的功能，且獲得信號(hào)的信噪比較低，這是因?yàn)槁汶姌O或者修飾的材料靈敏度不高，檢測(cè)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(dǎo)性和高機(jī)械強(qiáng)度的優(yōu)良性質(zhì)，但石墨烯的強(qiáng)疏水、易團(tuán)聚的特性限制了其應(yīng)用，而氧化石墨烯(graphene oxide，GO)因含有大量的含氧官能團(tuán)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(yīng)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(dǎo)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(fù)合，所以PPy在電極修飾、離子檢測(cè)方面廣泛地被應(yīng)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(yàn)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(yī)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(jī)電系統(tǒng)加工工藝(MEMS)，實(shí)驗(yàn)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(cè)的絕緣基底、焊盤、引線、微電極陣列、參考電極、對(duì)電極、復(fù)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，線寬10μm；包括兩次光刻過程。在光刻之前對(duì)玻璃基底依次經(jīng)過丙酮、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、引線、微電極陣列、參考電極、對(duì)電極；并利用等離子體增強(qiáng)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(duì)芯片進(jìn)行深刻蝕，本芯片制作采用干法刻蝕。干法刻蝕就是通過氣體和等離子體能量對(duì)光刻膠暴露區(qū)域進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使微電極暴露出來。

1.3聚吡咯氧化石墨烯(PPy/GO)的電化學(xué)聚合

計(jì)時(shí)電壓法和計(jì)時(shí)電流法是常用的電化學(xué)電鍍方法。本文采用計(jì)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(xù)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(yàn)采用計(jì)時(shí)電壓法在三電極體系中進(jìn)行，對(duì)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(yàn)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(nèi)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(cè)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(shè)置為0.5 V，掃描頻率范圍為0.1 Hz～100 kHz。