[发明专利]石墨烯包覆铜基生物材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯包覆铜基生物材料及其制备方法与应用。该石墨烯包裹的复合材料，由铜和石墨烯组成；且所述铜的表面全部被石墨烯包裹。该材料具有良好的包覆效果，可以消除铜引入的毒性，不会造成细胞的死亡及组织的坏死与水肿。可作为电极，尤其是神经电极，可用于在体或离体的信号记录，如神经元的放电和/或局部场电势变化的信号记录。与商用铂铱合金电极，在核磁共振成像技术中不会产生伪影，对核磁共振图像的质量及植入位置的观察大有帮助。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种石墨烯包覆铜基生物材料及其制备方法与应用。

背景技术

石墨烯是一种由单层碳原子按照六方对称的蜂巢结构排布成的二维薄膜材料。石墨烯是一种由单层的碳原子以sp2杂化轨道紧密堆积成的，具有六方晶格结构的平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的二维碳材料。石墨烯具有优异的导电性、高的室温电荷迁移率、和高的机械强度、以及大的比表面积。更为重要的是，石墨烯还具有优异的电化学性能，最早分离得到石墨烯的曼切斯特小组即对他们所分离的单层石墨烯进行了测量，发现其电荷的迁移速率超过了15000cm²·V^-1·s^-1,而硅的电子迁移率则仅有1400cm²·V^-1·s^-1。室温下，载流子密度为10¹²cm-2的条件下，由于石墨烯的声子散射作用，其载流子迁移率可达20000cm²·V^-1·s^-1。其对应电阻率为10^-6Ω·cm。而银作为目前已知室温条件下电阻率最低的材料，其电阻率为1.59×10^-6Ω·cm，高于石墨烯，目前已知的性质都表明了石墨烯在电子器件中的应用潜力。因此石墨烯作为神经电极表面存在时，可以保障其优良的电学性能。

神经电极是一种能记录神经元细胞生物电势，可以从细胞外对神经元细胞进行电刺激的微探针或微探针阵列，随着神经电生理科学的迅猛发展，神经电极已成为科研人员揭示大脑工作机理、临床医生治疗神经系统疾病和神经康复的重要工具。首个神经电极诞生于1950年，命名为金属微丝电极。目前，常用的植入神经微丝电极分为三类，一是金属微丝电极，二是Utah电极(美国犹他大学开发的针形微电极阵列)，三是Michigan电极(美国密歇根大学开发的线性微电极阵列)。微电极具有对脑区精确定位的优势，具有较高空间分辨率的特征，为神经电信号的检测提供了一种较为理想的手段，是记录神经电信号的有效手段，对发展和应用深入研究大脑神经细胞的工作机制，揭示神经网络信息传导、处理和存储的机理，将产生巨大的推动作用。

现有植入式神经电极主要包括：金属微丝电极，Utah电极(美国犹他大学开发的针形微电极阵列)，Michigan电极(美国密歇根大学开发的线性微电极阵列)。

然而，在脑深部刺激或者皮层下神经元信号记录等领域(如海马区CA1记录信号)，Utah电极由于其较短的植入深度而不能符合要求。目前市场上较为常用的是Medtronic公司生产的深部脑电极，其电极的接触位点是铂铱合金。

故金属微丝电极仍有其重要作用，目前市场上较为常用的金属微丝电极有Plexon公司铂铱合金微丝电极，格罗贝尔公司的镍铬合金微丝电极，其余常用材料还有不锈钢、纯铱、钨等。Michigan电极通常也会在电极记录位点及引线部分采用铂铱合金或者金等材料。然而，上述材料通常具有较高的化学稳定性和良好的生物相容性，但由于上述材料的磁化率与组织有较大的差异，在核磁共振成像(MRI)检查中会引起局部磁场的扭曲而引起核磁共振图像的伪影，伪影的存在遮蔽核磁图像的信息，影响术后靶点位置的确定，以及周围组织结构的辨认，从而影响临床医疗的诊断。随着临床植入神经电极患者数量的日益增加，兼容高场强磁共振临床影像的神经电极的研发与应用也愈发变得很重要。