【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物医学工程，具体地，涉及一种胞内植入式多功能碳涂层纳米电极及其制备方法。
技术介绍
1、植入式脑机接口设备的开发对神经疾病的研究具有越来越重要的意义。为了从神经元获得更准确的信息，已经开发了具有面向细胞内环境的超微米尺度的可植入的脑机接口。在单细胞水平上可靠地检测和分析细胞内化学和生物标志物信号对于早期疾病诊断、病理评估和更深入地了解基础生物学至关重要。
2、与微电极相比，尖端直径小于一微米的纳米电极具有许多优点，如高时空分辨率、对神经元的靶向精确调节和良好的生物相容性。纳米移液管、纳米管、纳米线和尖锐的纳米电极在微创细胞内电生理检测中受到了极大的关注。其中，由于纳米金属颗粒的修饰，尖锐的纳米电极对细胞内信号表现出更高的检测灵敏度。它们不仅可以检测吸附在粗糙金属表面上的单分子层和亚单分子层，还可以针对单细胞亚细胞区域的特定生物或化学信号进行检测，如酸碱度、氧气、多巴胺和活性氧等。
3、胞内多种类型信号的原位同步采集对疾病的准确诊断和实时监测具有非常重要的意义。受加工工艺的限制，传统的纳米电极通常只能记录电信号、粒子信号和生物分子信号中的一种，无法同时实现胞内多种电化学信号的精准检测。
4、经过针对现有技术的检索发现：
5、北卡罗来纳州立大学james g.roberts等人在acs nano，2020，14上撰文“carbon-fiber nanoelectrodes for real-time discrimination of vesicle cargo in
6、武汉大学yu-ting jiao等人在biosensors and bioelectronics，2023,222上撰文“dual-channel nanoelectrochemical sensor for monitoring intracellular rosand nadh kinet ic variations of their concentrations”，开发了一种双通道纳米线电极，可同时监测单细胞中的ros和nadh。然而，该电极采用将内部传感材料插入玻璃管内后用蜡密封的方法，实现绝缘。但是，该电极尖端的暴露长度为5μm，同样无法可控地实现低至10nm的暴露长度，且不具备检测胞内酸碱度和电信号的能力。
7、霍华德休斯医学研究所david l.hunt等人在nature biomedical engineering，2019,3上撰文“multimodal in vivo brain electrophys iology with integratedglass microelectrodes”，开发了一种集成微电极的玻璃移液管，用于同时获取体内多模态细胞内和细胞外信息、电化学评估和神经活动的光遗传学扰动。然而，该电极采用直接将修饰后的纳米移液管插入熔融蜡的方法，实现绝缘。但是，该电极尖端的暴露长度为20μm，同样无法可控地实现低至10nm的暴露长度，且不具备检测胞内酸碱度和多种生物分子信号的能力。
8、因此，亟需提出一种具有优异的电化学性能、抗生物污染性能、长期稳定性和生物相容性，且能够同时实现在体胞内电信号、酸碱度和多种生物分子的原位检测的植入式多功能纳米电极。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种胞内植入式多功能碳涂层纳米电极及其制备方法。
2、根据本专利技术的一个方面，提供一种胞内植入式多功能碳涂层纳米电极的制备方法，包括：
3、拉制玻璃管形成纳米移液管，所述纳米移液管的内部具有纳米通道，在所述纳米移液管的表面依次溅射金属纳米粒子和金属氧化物传感涂层，并自金属纳米粒子引线；
4、运用低温等离子体射流处理前驱体后，在所述金属氧化物传感涂层表面沉积碳基传感涂层；
5、运用等离子体射流对所述碳基传感涂层进行表面改性处理，得到粗化和改性后的碳基传感涂层，并暴露所述纳米通道；
6、运用等离子体射流在所述粗化和改性后的碳基传感涂层表面沉积绝缘涂层；
7、运用等离子体射流的分支选择性刻蚀电极尖端，使所述金属氧化物传感涂层、所述碳基传感涂层和所述纳米移液管暴露于绝缘涂层外的程度可控。
8、进一步地，所述拉制玻璃管形成纳米移液管，包括：运用加热拉制的方法拉制玻璃管，得到纳米移液管。
9、进一步地，所述运用低温等离子体射流处理前驱体，其中：所述前驱体为甲烷、氢气、氩气和氧化硼中的任意一种或多种；
10、在所述金属氧化物传感涂层表面沉积碳基传感涂层，其中：所述碳基传感涂层为石墨烯、碳纳米管、类金刚石和掺硼金刚石中的任意一种。
11、进一步地，所述运用等离子体射流对所述碳基传感涂层进行表面改性处理，其中：等离子体射流的激发气体为氧气与氦气的混合气体。
12、进一步地，所述运用等离子体射流对所述碳基传感涂层进行表面改性处理，其中：电极尖端的轴线与所述等离子体射流的轴线之间角度为0-360°。
13、进一步地，所述运用等离子体射流在所述粗化和改性后的碳基传感涂层表面沉积绝缘涂层，包括：在±8-±15kv的正弦波高电压下的作用下，甲烷、氢气和氩气的混合气体激发出等离子体射流，在电极表面沉积厚度为0.05-10μm的金刚石绝缘涂层。
14、进一步地，所述运用等离子体射流的分支选择性刻蚀电极尖端，包括：先等离子体射流激发于导电衬底上，随后控制纳米电极尖端逐渐靠近已激发的射流，达到预定距离时，等离子体射流的一个细小分支聚焦于纳米电极尖端，选择性去除表面绝缘涂层，使内部其他涂层暴露程度可控。
15、进一步地，所述先等离子体射流激发于导电衬底上，其中：激发所述等离子体射流的电压波形为交流脉冲波、方波、三角波、声波、正弦波、锯齿波和梯形波的任意一种；
16、所述等离子体射流的一个细小分支聚焦于纳米电极尖端，其中：等离子体射流的分支最细处的直径为0.01-1000μm。
17、进一步地，电极尖端的暴露总长度为0-100μm。
18、根据本专利技术的另一方面，提供一种胞内植入式多功能碳涂层纳米电极，其利用上述的胞内植入式多功能碳涂层纳米电极的制备方法制备得到。
19、与现有技术相比，本专利技术具有如下至少之一的有益效果：
20、本专利技术基于逐层沉积和低温等离子体射流加工技术，首先，在拉制的纳米移液管表面溅射金属纳米粒子和金属氧化物传感涂层；然后，运用低温等离子体射流，将前驱体转化为碳基传感涂层，对碳基传感涂层表面改性处理，粗化并引入含氧官能团；最本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种胞内植入式多功能碳涂层纳米电极的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的胞内植入式多功能碳涂层纳米电极的制备方法，其特征在于，所述拉制玻璃管形成纳米移液管，包括：运用加热拉制的方法拉制玻璃管，得到纳米移液管。
3.根据权利要求1所述的胞内植入式多功能碳涂层纳米电极的制备方法，其特征在于，所述运用低温等离子体射流处理前驱体，其中：所述前驱体为甲烷、氢气、氩气和氧化硼中的任意一种或多种；
4.根据权利要求1所述的胞内植入式多功能碳涂层纳米电极的制备方法，其特征在于，所述运用等离子体射流对所述碳基传感涂层进行表面改性处理，其中：等离子体射流的激发气体为氧气与氦气的混合气体。
5.根据权利要求1所述的胞内植入式多功能碳涂层纳米电极的制备方法，其特征在于，所述运用等离子体射流对所述碳基传感涂层进行表面改性处理，其中：电极尖端的轴线与所述等离子体射流的轴线之间角度为0-360°。
6.根据权利要求1所述的胞内植入式多功能碳涂层纳米电极的制备方法，其特征在于，所述运用等离子体射流在所述粗化和改性后的碳基传感涂层表
7.根据权利要求1所述的胞内植入式多功能碳涂层纳米电极的制备方法，其特征在于，所述运用等离子体射流的分支选择性刻蚀电极尖端，包括：先等离子体射流激发于导电衬底上，随后控制纳米电极尖端逐渐靠近已激发的射流，达到预定距离时，等离子体射流的一个细小分支聚焦于纳米电极尖端，选择性去除表面绝缘涂层，使内部其他涂层的暴露程度可控。
8.根据权利要求7所述的胞内植入式多功能碳涂层纳米电极的制备方法，其特征在于，所述先等离子体射流激发于导电衬底上，其中：激发所述等离子体射流的电压波形为交流脉冲波、方波、三角波、声波、正弦波、锯齿波和梯形波的任意一种；
9.根据权利要求1所述的胞内植入式多功能碳涂层纳米电极的制备方法，其特征在于，电极尖端的暴露总长度为0-100μm。
10.一种胞内植入式多功能碳涂层纳米电极，其特征在于，利用权利要求1-9任一项所述的胞内植入式多功能碳涂层纳米电极的制备方法制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种胞内植入式多功能碳涂层纳米电极的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的胞内植入式多功能碳涂层纳米电极的制备方法，其特征在于，所述拉制玻璃管形成纳米移液管，包括：运用加热拉制的方法拉制玻璃管，得到纳米移液管。
3.根据权利要求1所述的胞内植入式多功能碳涂层纳米电极的制备方法，其特征在于，所述运用低温等离子体射流处理前驱体，其中：所述前驱体为甲烷、氢气、氩气和氧化硼中的任意一种或多种；
4.根据权利要求1所述的胞内植入式多功能碳涂层纳米电极的制备方法，其特征在于，所述运用等离子体射流对所述碳基传感涂层进行表面改性处理，其中：等离子体射流的激发气体为氧气与氦气的混合气体。
5.根据权利要求1所述的胞内植入式多功能碳涂层纳米电极的制备方法，其特征在于，所述运用等离子体射流对所述碳基传感涂层进行表面改性处理，其中：电极尖端的轴线与所述等离子体射流的轴线之间角度为0-360°。
6.根据权利要求1所述的胞内植入式多功能碳涂层纳米电极的制备方法，其特征在于，所述运用等离子体射流在所述粗化和改性后的碳基传感涂层表面沉积绝缘...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘景全，杜致远，徐庆达，奚野，王隆春，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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