CN207091329U - 一种刺激响应柔性微电极阵列 - Google Patents
一种刺激响应柔性微电极阵列 Download PDFInfo
- Publication number
- CN207091329U CN207091329U CN201720573335.1U CN201720573335U CN207091329U CN 207091329 U CN207091329 U CN 207091329U CN 201720573335 U CN201720573335 U CN 201720573335U CN 207091329 U CN207091329 U CN 207091329U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stimuli responsive
- layer
- microelectrode arrays
- flexible
- stimuli
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
本实用新型提供了一种刺激响应柔性微电极阵列，包括柔性基底，设置在所述柔性基底一侧的电极结构，以及设置在所述柔性基底另一侧的刺激响应层，所述刺激响应层为可变形的刺激响应材料层。该微电极阵列在温度、光、磁、电、湿度、pH外界刺激条件下，可由平面二维结构转变成三维结构，且进一步通过调节刺激响应层的厚度或交联度等即可实现对传统平面柔性微电极阵列的可控塑形与曲率精准调控。
Description
技术领域
本实用新型涉及生物医学工程技术领域，特别是涉及一种刺激响应柔性微电极阵列。
背景技术
柔性微电极阵列通过向特定的神经组织施加脉冲式电流刺激来帮助患者进行功能重建，现已在人工耳蜗、人造视网膜等医疗器械中得到广泛应用。柔性微电极阵列作为假体与神经的直接接触点，对发挥假体的神经电刺激功能起着关键性的作用。微电极阵列与神经组织或器官的贴合程度决定了电刺激的有效性。然而，神经组织或器官往往是一个不规则的曲面，传统的平面电极与其接触不好，导致刺激效率低，稳定性下降。因此，研发形状可控式柔性微电极阵列对于植入物的长期稳定性以及改善刺激效率意义重大。传统电极加工的方法是通过热压的形式来赋予电极一定曲率，但该方法容易出现断线的情况，对电极造成一定程度的破坏。如何使用简易的方式在不破坏电极的前提下赋予柔性电极阵列一定的曲率成为了一个亟待解决的难题。
哈佛大学Charles.M.Lieber课题组从电极微加工的角度出发，利用加工过程中的应力聚集成功实现了平面电极由二维结构向三维结构的转变，该工作最大的亮点在于不仅通过横向的压缩应力实现了电极整体由平面结构向圆柱型结构的转变，更通过局部拉伸应力实现了刺激点位的向外弯曲，大大提高了电极与神经组织间的接触面积。然而该电极设计与微加工工艺相当复杂，对设备以及环境洁净度要求相当高，这些因素都阻碍了其进一步向市场的推广。
有研究者从电极微加工的角度出发，利用加工过程中的应力聚集成功实现了平面电极由二维结构向三维结构的转变，该工作最大的亮点在于不仅通过横向的压缩应力实现了电极整体由平面结构向圆柱型结构的转变，更通过局部拉伸应力实现了刺激点位的向外弯曲，大大提高了电极与神经组织间的接触面积。然而该电极设计与微加工工艺相当复杂，对设备以及环境洁净度要求相当高，这些因素都阻碍了其进一步向市场的推广。
近期也有研究者利用形状记忆聚合物形状记忆的功能通过温度触发来为柔性电极塑形。然而，所述形状记忆聚合物的触发温度接近100℃，触发温度过高，同时响应层与柔性微电极阵列基底之间没有采用任何化学修饰，容易出现响应层与柔性基底分层的现象，上述缺陷限制了其实际应用。
实用新型内容
鉴于此，本实用新型提供了一种刺激响应柔性微电极阵列，该微电极阵列在温度、光、磁、电、湿度、pH外界刺激条件下，可由平面二维结构转变成三维结构，且进一步通过调节刺激响应层的厚度或交联度等即可实现对传统平面柔性微电极阵列的可控塑形与曲率精准调控。
具体地，本实用新型提供了一种刺激响应柔性微电极阵列，包括基底，设置在所述基底一侧的电极结构，以及设置在所述基底另一侧的刺激响应层，所述刺激响应层为可变形的刺激响应材料层。
所述刺激响应层具有局部杨氏模量差异，所述刺激响应柔性微电极阵列在温度、光、磁、电、湿度、pH外界刺激条件下，可由平面二维结构转变成三维结构。
所述局部杨氏模量差异的差异程度在0.0001Pa-2000Gpa范围内。进一步地，差异程度在10Pa-100KPa范围内。
本实用新型提供的刺激响应柔性微电极阵列，由于刺激响应层具有局部杨氏模量差异，因此，经过特定的外界刺激后，不同杨氏模量的区域会发生不同程度溶胀或收缩，从而实现电极由平面二维结构向螺旋形、空心管状、圆柱形等三维结构转变。
所述可变形的刺激响应材料层为可变形的热响应材料层、光热响应材料层、磁热响应材料层、电热响应材料层、湿度响应材料层或pH响应材料层。
可选地，所述热响应材料层为温敏性聚合物，具体可为聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚(N-正丙基丙烯酰胺)、聚(N-环丙基丙烯酰胺)、聚(N-异丙基甲基丙烯酰胺)、聚(N-乙基丙烯酰胺)、聚(N-丙烯酰氧基-N-丙基哌嗪)、聚(N-(L)-(1-羟甲基)丙基甲基丙烯酰胺)、聚[N-(2-甲基丙烯酰氧乙基)吡咯烷酮]、聚[N-(3-丙烯酰氧丙基)吡咯烷酮]、聚[N-(3-甲基丙烯酰氧丙基)吡咯烷酮]、聚[N-(2-丙烯酰氧丙基)吡咯烷酮]、聚[N-(1-甲基-2-丙烯酰氧乙基)吡咯烷酮]、聚(2-烷基-2-唑啉)、聚(2-乙基-2-唑啉)、聚(2-异丙基-2-唑啉)、聚(2-正丙基-2-唑啉)、聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯、聚(N-乙烯基环己内酰胺)、聚丙烯酰吡咯烷、聚甲基乙烯基醚、聚甲氧基乙基乙烯基醚、聚乙氧基乙基乙烯基醚、聚乙氧基乙氧基乙烯基醚、聚环氧丙烷、聚[低聚(乙二醇)单甲醚甲基丙烯酸酯]、聚有机膦腈、弹性蛋白样多肽中的至少一种。
可选地，所述光热响应材料层是在热响应材料中添加了具有光热效应的纳米粒子，即同时包含具有光热效应的纳米粒子和热响应材料，这些具有光热效应的纳米粒子选自以下物质中的至少一种：金纳米棒、金纳米壳层、金纳米笼、空心金纳米球、钯纳米片、钯@银、钯@二氧化硅、碳纳米管、石墨烯、还原氧化石墨烯、炭黑、黑磷、硫化铜、吲哚菁绿、聚苯胺、以及上述物质经过各种化学修饰后的产物。
可选地，所述磁热响应材料层是在热响应材料中添加了具有磁热效应的纳米粒子，即同时包含具有磁热效应的纳米粒子和热响应材料，这些具有磁热效应的纳米粒子选自以下物质中的至少一种：Fe3O4、LaFeCoSi、GdSiGe、LaFe11.6Si1.4C0.2H0.7、La(Fe,Si)13、NiMnGa、MnCoGe0.99In0.01、MnCo0.98Cr0.02Ge等。
可选地，所述电热响应材料层是在热响应材料中添加了具有电热效应的材料，即同时包含具有电热效应的纳米粒子和热响应材料，这些具有电热效应的材料选自以下物质中的至少一种：石墨、碳黑、碳纳米管、碳纤维、掺铝氧化锌、掺钙铬酸镧、掺锑二氧化锡、导电金属材料(如：金、银、铂、铜、铑、钯、铬等)、氧化铟锡、透明导电氧化物、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等。
可选地，所述湿度响应材料层由以下两类物质混合而成，其中一类为含有大量亲水基团的高分子，这类高分子选自以下物质中的至少一种：琼脂糖、纤维素、聚乙烯醇、壳聚糖、淀粉、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、透明质酸、透明质酸钠、聚苯乙烯磺酸钠、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙二醇、聚丁二醇、聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇丙烯酸酯、明胶、海藻酸、胶原、聚L-赖氨酸、聚L-谷胺酸、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧乙烯聚合物以及它们的衍生物。另一类为含有大量羰基的聚酯类，这类聚酯可选自以下物质中的至少一种：聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸叔丁基酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚乙烯基吡啶、聚碳酸酯、聚酰亚胺、羟甲基纤维素、醋酸纤维素、尼龙、聚(乙烯基对苯二甲酸酯)、聚磷腈、全氟磺酸、聚乙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂、以及上述物质的衍生物。
可选地，所述pH响应材料层选自含有羧基、吡啶、吡咯烷、哌嗪、磺酸、吗啉、磷酸盐、叔胺等基团的物质中的至少一种，具体可以是下述物质中的至少一种：聚丙烯酸、聚L-谷氨酸、聚组氨酸、聚天冬氨酸、聚[(2-二甲基氨基)甲基丙烯酸乙酯]、聚甲基丙烯酸、聚乙基丙烯酸、聚丙基丙烯酸、聚乙烯及苯甲酸、聚衣康酸、聚乙二醇丙烯酸酯磷酸、聚乙二醇甲基丙烯酸酯磷酸、聚乙烯磷酸、聚(4-乙烯基-苯基磷酸)、聚乙烯磺酸、聚(4-苯乙烯磺酸)、聚乙烯苯硼酸、聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯、聚(N-乙基吡咯烷甲基丙烯酸酯)、聚(2-乙烯基吡啶)、聚(N-丙烯酰基-N-烯基哌嗪)、聚丙烯酰吗啉、聚(4-乙烯基吡啶)、聚乙烯亚胺树状大分子、聚乙烯醇、预氧化丙烯腈等、壳聚糖、海藻酸、羧甲基纤维素、玻璃酸、以及含上述单元的衍生物和共聚物。
所述柔性基底的厚度为1μm-5mm，进一步地为5μm-100μm。
所述刺激响应层的厚度为1μm-1cm，进一步地为50μm-1mm。
所述柔性基底为聚酰亚胺基底、聚对二甲苯基底或聚二甲基硅氧烷基底。
本实用新型一实施方式中，所述刺激响应层整体具有相同的组分构成，且分区域具有不同的交联度，所述局部杨氏模量差异由不同区域的交联度差异形成。其中，交联度不同的区域的形状不限。
本实用新型另一实施方式中，所述刺激响应层分区域具有不同的组分构成，所述局部杨氏模量差异由所述不同组分构成的不同力学性能差异形成。其中，组分构成不同的区域的形状不限。
本实用新型另一实施方式中，所述刺激响应层中设置有定向排列的微结构，所述微结构包括凹坑、凸起或微纳米材料，所述微纳米材料包括石墨烯、碳纳米管、玻璃纤维、纳米颗粒中的至少一种。所述凹坑的深度为10nm-5cm，所述凸起的高度为10nm-5cm；进一步地，所述凹坑的深度为1μm-5mm，所述凸起的高度为1μm-5mm。所述纳米颗粒可以是无机纳米颗粒，也可以是有机纳米颗粒，如可以是四氧化三铁纳米颗粒等。所述刺激响应层整体具有相同的组分构成或分区域具有不同的组分构成，所述局部杨氏模量差异由所述微结构的定向排列形成。
本实用新型中，所述刺激响应层可通过表面化学接枝或物理涂覆的方式形成在所述基底表面。
一、表面化学接枝法，该方法适用于可变形的热响应材料层、光热响应材料层、磁热响应材料层、电热响应材料层或pH响应材料层的制备。
(1)取普通柔性微电极阵列，将所述柔性微电极阵列的基底进行表面氨基化或羟基化处理；(2)将氨基化或羟基化的柔性电极与三氯硅烷基丙基甲基丙稀酸酯反应，使得柔性电极基底表面单分子层组装上一层含双键的丙稀酸酯官能团，得到化学修饰后的柔性微电极阵列；(3)将含有可变形的刺激响应材料的预聚液注入模具中，模具由两片玻璃片、化学修饰后的柔性微电极阵列以及夹在中间的具有一定厚度的聚四氟乙烯框组成，经辐照聚合，得到形成在柔性微电极背面的刺激响应层，即得到所述刺激响应柔性微电极阵列。
当刺激响应层整体具有相同的组分构成，且分区域具有不同的交联度时，具体可通过将一具有相同组分构成的可变形的刺激响应材料预聚液分区域进行不同程度的辐照得到。所述不同辐照程度可以通过调整辐照剂量(包括辐照功率和辐照时间)实现，或选择部分区域辐照，部分区域不辐照实现。该实施方式中，所述相同的组分构成可以只包含一种刺激响应材料，也可以是包含两种或两种以上的刺激响应材料，当为多种时，刺激响应材料的类型也可以是多种，如可以同时包含热响应材料和湿度响应材料。
当所述刺激响应层分区域具有多组(两组或两组以上)不同的组分构成时。具体可通过将多组具有不同组分构成的可变形的刺激响应材料预聚液分区域聚合成型得到。当所述刺激响应层中设置有定向排列的凹坑或凸起时，可以通过将含有可变形的刺激响应材料的预聚液注入模具后进行不同程度的辐照得到凹坑或凸起，也可以通过预先在模具底部的玻璃片表面光刻形成定向排列的凹坑或凸起，再经聚合在刺激响应层中得到凹坑或凸起。当所述刺激响应层中设置有定向排列的微纳米材料时，可以通过外力诱导使微纳米材料在基底上定向排列。
二、物理涂敷法
该方法主要适用于湿度响应材料层。将柔性微电极阵列平铺到一玻璃片表面，随后将微纳米材料在电极背面进行定向排列，再将具有一定厚度的聚四氟乙烯框紧贴玻璃片并用夹子固定，随后将湿度响应材料溶液注入模具中，经流延成膜后，并于80℃烘干48h，形成在柔性微电极背面的刺激响应层，即得到所述刺激响应柔性微电极阵列。所述湿度响应材料溶液按以下方式制备：取含有大量亲水基团的高分子和含有大量羰基的聚酯类聚合物，将两者分别溶于溶剂中，然后以一定质量比混合均匀，得到湿度响应材料溶液；溶液中溶质的质量分数范围为0.1wt％-5wt％，溶剂可为二甲基甲酰胺等有机溶剂。
本实用新型提供的刺激响应柔性微电极阵列，该微电极阵列在温度、光、磁、电、湿度、pH外界刺激条件下，可由平面二维结构转变成三维结构，且进一步通过调节刺激响应层的厚度或交联度等即可实现对传统平面柔性微电极阵列的可控塑形与曲率精准调控。
本实用新型的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本实用新型实施例的实施而获知。
附图说明
图1是本发明实施例1中的刺激响应柔性微电极阵列的结构示意图；
图2是本发明实施例1中刺激响应柔性微电极阵列的形变图；
图3是本发明实施例2中刺激响应柔性微电极阵列的形变图；
图4是本发明实施例3中刺激响应柔性微电极阵列的形变图。
具体实施方式
以下所述是本实用新型实施例的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型实施例的保护范围。
实施例1
一种刺激响应柔性微电极阵列，包括聚酰亚胺基底，设置在所述基底一侧的电极结构，以及接枝在所述基底另一侧的具有局部杨氏模量差异的刺激响应层，聚酰亚胺基底的厚度为10μm，刺激响应层的厚度为500μm，所述刺激响应层的材料为可变形的刺激响应材料，所述可变性的刺激响应材料为温敏聚合物(聚异丙基丙烯酰胺)所述局部杨氏模量差异由区域交联度的差异带来。
该刺激响应柔性微电极阵列的制备方法，包括以下步骤：
(1)基底表面的清洗
采用氮气吹扫除去聚酰亚胺基底表面的灰尘；
(2)基底表面氨基化
将柔性微电极阵列浸没于1.65mol/L的乙二胺水溶液中反应2h，经过胺类物质处理后，其链段当中的亚胺环断裂，生成酰胺，使得基底表面会出现大量的氨基，反应结束后用去离子水反复洗涤4-5次，自然干燥，得到氨基化的柔性微电极阵列；
(3)功能化丙烯酸酯类单体的自组装
待氨基化的柔性微电极阵列干燥后，将电极置于正己烷与四氯化碳的混合溶液中(正己烷与四氯化碳v:v＝1:4)，通N2 30min排除容器内的空气，随后将12mM的三氯硅烷基丙基丙烯酸酯注入体系内，在N2氛围内反应1h，待反应结束后用正己烷与去离子水各洗涤3次，得到化学修饰后的柔性微电极阵列。
(4)热响应水凝胶的表面接枝
将0.9156g异丙基丙烯酰胺，97mg甲叉双丙烯酰胺溶于10mL的水溶液中，混合均匀，加入光引发剂二乙氧基苯乙酮125μL，待溶液混合均匀后的得到预聚液，将预聚液注入模具中，所述模具由两片玻璃片、化学修饰后的柔性微电极阵列以及夹在中间的具有一定厚度的聚四氟乙烯框组成，然后将具有特定结构的光掩模版(掩模版的线条角度为0°)置于所述模具上表面，将样品置于冰浴中紫外辐照10min，待遮挡部分与辐照部分的预聚液均聚合成型后，将样品浸泡在去离子水中24h去除未反应完的预聚液，得到形成在电极背面的刺激响应层，即得到刺激响应柔性微电极阵列。
图1是本发明实施例1中的刺激响应柔性微电极阵列的结构示意图；其中，10为基底，201为刺激响应层，202为局部杨氏模量的差异。电极结构在基底10另一侧表面(图中未示出)。
将本实施例所得刺激响应柔性微电极阵列变置于45℃水溶液中，水凝胶层由透明状逐步变为不透明的乳白色，水凝胶层开始收缩，带动平面状的柔性微电极弯曲形成三维圆柱体结构(如图2所示)，将刺激响应柔性电极至于25℃水溶液中，圆柱体状的柔性电极逐步恢复至初始的平面结构，由此可见本实施例所得刺激响应柔性微电极阵列可以实现自身形状的可控调节。
实施例2
一种刺激响应柔性微电极阵列，包括聚酰亚胺基底，设置在所述基底一侧的电极结构，以及接枝在所述基底另一侧的具有局部杨氏模量差异的刺激响应层，聚酰亚胺基底的厚度为500μm，刺激响应层的厚度为5mm，所述刺激响应层的材料为可变形的刺激响应材料，其由A、B两组不同组分构成的光热响应材料构成，即可变形刺激响应材料部分区域由A组构成的光热响应材料构成，部分区域由B组构成的光热响应材料构成，具体地，A组构成包括温敏聚合物(具体为聚异丙基丙烯酰胺和聚(N-乙基丙烯酰胺))和光热纳米粒子(具体为金纳米棒)，B组构成为包括温敏聚合物(具体为聚(N-乙基丙烯酰胺))和光热纳米粒子(具体为金纳米棒)，A、B两组构成中，所述光热纳米粒子的重量百分比含量均为5％，所述可变形刺激响应材料具有局部杨氏模量差异，所述局部杨氏模量差异由A、B两组不同组分构成的材料本身的力学性质的差异带来。
将本实施例刺激响应柔性微电极阵列置于25℃水溶液中，采用功率为5W的近红外光激光器去照射光热响应水凝胶层，水凝胶层由透明状逐步变为不透明的乳白色，平面状的柔性微电极阵列逐步变为三维螺旋形结构(如图3所示)，停止光照后，螺旋状的柔性电极逐步恢复至初始的平面结构。
实施例3
一种刺激响应柔性微电极阵列，包括聚酰亚胺基底，设置在所述基底一侧的电极结构，以及接枝在所述基底另一侧的具有局部杨氏模量差异的刺激响应层，聚酰亚胺基底的厚度为5μm，刺激响应层的厚度为100μm，所述刺激响应层的材料为可变形的刺激响应材料，包括温敏聚合物(聚异丙基丙烯酰胺)和电热纳米粒子(碳黑)，其中，所述光热纳米粒子的重量百分比含量为10％，所述局部杨氏模量差异由微结构(微凸起)的定向排列带来。
将本实施例刺激响应柔性微电极阵列置于25℃水溶液中，将容器置于5V的外加电场中，电极间距为50mm，炭黑将部分电能转化为热能使自身温度升高，当温度超过聚[低聚(乙二醇)单甲醚甲基丙烯酸酯])的最低临界溶解温度时，水凝胶层开始收缩，平面状的柔性微电极阵列逐步变为空心管状结构(如图4所示)，撤出电场后，空心管状的柔性电极逐步恢复至初始的平面结构，由此可见本实施例所得刺激响应柔性微电极阵列可以实现自身形状的可控调节。
实施例4
一种刺激响应柔性微电极阵列，包括聚二甲基硅氧烷基底，设置在所述基底一侧的电极结构，以及接枝在所述基底另一侧的具有局部杨氏模量差异的刺激响应层，聚二甲基硅氧烷基底的厚度为5μm，刺激响应层的厚度为100μm，所述刺激响应层的材料为可变形的刺激响应材料，包括温敏聚合物(聚(三聚(乙二醇)单甲醚甲基丙烯酸酯))和光热纳米粒子(还原氧化石墨烯)，其中，所述光热纳米粒子的重量百分比含量为0.01％，所述局部杨氏模量差异由区域交联度的差异带来。
将本实施例刺激响应柔性微电极阵列置于25℃水溶液中，采用功率为5W的近红外光激光器去照射光热响应水凝胶层，平面状的柔性微电极阵列逐步变为空心管状结构，停止光照后，空心管状的柔性电极逐步恢复至初始的平面结构。
实施例5
一种刺激响应柔性微电极阵列，包括聚对二甲苯基底，设置在所述基底一侧的电极结构，以及接枝在所述基底另一侧的具有局部杨氏模量差异的刺激响应层，聚对二甲苯基底的厚度为5μm，刺激响应层的厚度为100μm，所述刺激响应层的材料为可变形的刺激响应材料，包括温敏聚合物(聚(三聚(乙二醇)单甲醚甲基丙烯酸酯))和光热纳米粒子(还原氧化石墨烯)，其中，所述光热纳米粒子的重量百分比含量为0.5％，所述局部杨氏模量差异由区域交联度的差异带来。
将本实施例刺激响应三维柔性微电极阵列置于25℃水溶液中，采用功率为5W的近红外光激光器去照射光热响应水凝胶层，平面状的柔性微电极阵列逐步变为螺旋状结构，停止光照后，螺旋状的柔性电极逐步恢复至初始的平面结构。
实施例6
一种刺激响应柔性微电极阵列，包括聚对二甲苯基底，设置在所述基底一侧的电极结构，以及接枝在所述基底另一侧的具有局部杨氏模量差异的刺激响应层，聚对二甲苯基底的厚度为5μm，刺激响应层的厚度为100μm，所述刺激响应层的材料为可变形的刺激响应材料，包括温敏聚合物(聚异丙基丙烯酰胺)和光热纳米粒子(碳纳米管)，其中，所述光热纳米粒子的重量百分比含量为0.5％，所述局部杨氏模量差异由区域交联度的差异带来。
将本实施例刺激响应柔性微电极阵列置于25℃水溶液中，采用功率为5W的日光灯去照射光热响应水凝胶层，水凝胶层开始逐步收缩，带动平面状的柔性微电极阵列逐步弯曲形成空心管状结构，通过调节光照强度能够有效调节柔性微电极阵列的曲率，停止光照后，空心管状的柔性电极逐步恢复至初始的平面结构。
实施例7
一种刺激响应柔性微电极阵列，包括聚对二甲苯基底，设置在所述基底一侧的电极结构，以及接枝在所述基底另一侧的具有局部杨氏模量差异的刺激响应层，聚对二甲苯基底的厚度为5μm，刺激响应层的厚度为100μm，所述刺激响应层的材料为可变形的刺激响应材料，包括温敏聚合物(聚异丙基丙烯酰胺)和光热纳米粒子(碳纳米管)，其中，所述光热纳米粒子的重量百分比含量为0.5％，所述局部杨氏模量差异由区域交联度的差异带来。
将本实施例刺激响应柔性微电极阵列置于25℃水溶液中，采用功率为5W的日光灯去照射光热响应水凝胶层，水凝胶层开始逐步收缩，带动平面状的柔性微电极阵列逐步弯曲形成三维圆柱体结构，通过调节光照强度能够有效调节柔性微电极阵列的曲率，停止光照后，圆柱体状的柔性电极逐步恢复至初始的平面结构。
实施例8
一种刺激响应柔性微电极阵列，包括聚酰亚胺基底，设置在所述基底一侧的电极结构，以及接枝在所述基底另一侧的具有局部杨氏模量差异的刺激响应层，聚酰亚胺基底的厚度为5μm，刺激响应层的厚度为10μm，所述刺激响应层为可变形的湿度响应材料层，包括湿度响应材料(琼脂糖和聚甲基丙烯酸甲酯的复合物)和光热纳米粒子(定向排列的碳纳米管)，其中，所述光热纳米粒子的重量百分比含量为0.5％，所述局部杨氏模量差异由碳纳米管的定向排列带来。
取一片润湿的滤纸置于45℃热台上5分钟，待大部分水分去除后将本实施例所得刺激响应柔性微电极阵列置于45℃的滤纸上，湿度响应层吸水溶胀，沿着垂直于碳纳米管定向排列的方向弯曲(长轴)，形成三维圆柱体结构。待水分完全挥发后，圆柱体状的柔性电极逐步恢复至初始的平面结构。
实施例9
一种刺激响应柔性微电极阵列，包括聚酰亚胺基底，设置在所述基底一侧的电极结构，以及接枝在所述基底另一侧的具有局部杨氏模量差异的刺激响应层，聚酰亚胺基底的厚度为5μm，刺激响应层的厚度为500μm，所述刺激响应层的材料为可变形的刺激响应材料，包括pH响应材料(聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯水凝胶)，所述局部杨氏模量差异由区域交联度的差异带来。
将本实施例刺激响应柔性微电极阵列置于pH＝10的氢氧化钠水溶液中，刺激响应层由透明状逐步变为不透明的乳白色，平面状的柔性微电极阵列逐步变为空心管状结构，随后将刺激响应柔性微电极阵列置于pH＝3的盐酸水溶液中，空心管状的柔性电极逐步恢复至初始的平面结构。
实施例10
一种刺激响应柔性微电极阵列，包括聚酰亚胺基底，设置在所述基底一侧的电极结构，以及接枝在所述基底另一侧的具有局部杨氏模量差异的刺激响应层，聚酰亚胺基底的厚度为5μm，刺激响应层的厚度为500μm，所述刺激响应层的材料为可变形的刺激响应材料，包括磁热响应材料(聚异丙基丙烯酰胺@Fe3O4水凝胶)，所述局部杨氏模量差异由微纳米材料的定向排列的定向排列带来。
将本实施例刺激响应柔性微电极阵列置于25℃水溶液中，并置于0.05-1.2MHz的交变磁场中，磁性纳米颗粒吸收大量电磁波能量，铁氧体发生能量损耗，将部分电磁能转化为热能使自身温度升高，当温度接近聚异丙基丙烯酰胺的相变温度时，水凝胶网络开始逐渐收缩，形成三维螺旋状结构，当撤去磁场后，体系温度降低，螺旋状的柔性电极逐步恢复至初始的平面结构。
Claims (10)
1.一种刺激响应柔性微电极阵列，其特征在于，包括柔性基底，设置在所述柔性基底一侧的电极结构，以及设置在所述柔性基底另一侧的刺激响应层，所述刺激响应层为可变形的刺激响应材料层。
2.如权利要求1所述的刺激响应柔性微电极阵列，所述可变形的刺激响应材料层为可变形的热响应材料层、光热响应材料层、磁热响应材料层、电热响应材料层、湿度响应材料层或pH响应材料层。
3.如权利要求1所述的刺激响应柔性微电极阵列，所述刺激响应层具有局部杨氏模量差异，所述刺激响应柔性微电极阵列在温度、光、磁、电、湿度、pH外界刺激条件下，可由平面二维结构转变成三维结构。
4.如权利要求3所述的刺激响应柔性微电极阵列，所述局部杨氏模量差异的差异程度在0.0001Pa-2000Gpa范围内。
5.如权利要求1所述的刺激响应柔性微电极阵列，所述柔性基底的厚度为1μm-5mm。
6.如权利要求1所述的刺激响应柔性微电极阵列，所述刺激响应层的厚度为1μm-1cm。
7.如权利要求1所述的刺激响应柔性微电极阵列，所述柔性基底为聚酰亚胺基底、聚对二甲苯基底或聚二甲基硅氧烷基底。
8.如权利要求1所述的刺激响应柔性微电极阵列，所述刺激响应层中设置有定向排列的微结构，所述微结构包括凹坑、凸起或微纳米材料，所述微纳米材料包括石墨烯、碳纳米管、玻璃纤维、纳米颗粒中的至少一种。
9.如权利要求8所述的刺激响应柔性微电极阵列，所述凹坑的深度为10nm-5cm，所述凸起的高度为10nm-5cm。
10.如权利要求1所述的刺激响应柔性微电极阵列，所述刺激响应层通过表面化学接枝或物理涂覆的方式形成在所述基底表面。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201720573335.1U CN207091329U (zh) | 2017-05-22 | 2017-05-22 | 一种刺激响应柔性微电极阵列 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201720573335.1U CN207091329U (zh) | 2017-05-22 | 2017-05-22 | 一种刺激响应柔性微电极阵列 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN207091329U true CN207091329U (zh) | 2018-03-13 |
Family
ID=61551059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201720573335.1U Active CN207091329U (zh) | 2017-05-22 | 2017-05-22 | 一种刺激响应柔性微电极阵列 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN207091329U (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108688252A (zh) * | 2018-03-27 | 2018-10-23 | 武汉纺织大学 | 一种多重刺激响应性驱动器薄膜的制备方法 |
| CN109294002A (zh) * | 2018-09-15 | 2019-02-01 | 深圳先进技术研究院 | 一种可控双向三维形变水凝胶薄膜及其制备方法和柔性微电极阵列 |
| WO2020051920A1 (zh) * | 2018-09-15 | 2020-03-19 | 深圳先进技术研究院 | 一种可控双向三维形变水凝胶薄膜及其制备方法和柔性微电极阵列 |
| CN112109404A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-12-22 | 厦门大学 | 一种基于液体/蒸汽响应的柔性驱动薄膜及其制备方法和应用 |
| CN112171064A (zh) * | 2020-09-24 | 2021-01-05 | 北京理工大学 | 基于飞秒激光制备的光控驱动微流传输系统 |
-
2017
- 2017-05-22 CN CN201720573335.1U patent/CN207091329U/zh active Active
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108688252A (zh) * | 2018-03-27 | 2018-10-23 | 武汉纺织大学 | 一种多重刺激响应性驱动器薄膜的制备方法 |
| CN108688252B (zh) * | 2018-03-27 | 2020-07-24 | 武汉纺织大学 | 一种多重刺激响应性驱动器薄膜的制备方法 |
| CN109294002A (zh) * | 2018-09-15 | 2019-02-01 | 深圳先进技术研究院 | 一种可控双向三维形变水凝胶薄膜及其制备方法和柔性微电极阵列 |
| WO2020051920A1 (zh) * | 2018-09-15 | 2020-03-19 | 深圳先进技术研究院 | 一种可控双向三维形变水凝胶薄膜及其制备方法和柔性微电极阵列 |
| CN109294002B (zh) * | 2018-09-15 | 2021-05-04 | 深圳先进技术研究院 | 一种可控双向三维形变水凝胶薄膜及其制备方法和柔性微电极阵列 |
| CN112109404A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-12-22 | 厦门大学 | 一种基于液体/蒸汽响应的柔性驱动薄膜及其制备方法和应用 |
| CN112109404B (zh) * | 2020-07-22 | 2021-12-31 | 厦门大学 | 一种基于液体/蒸汽响应的柔性驱动薄膜及其制备方法和应用 |
| CN112171064A (zh) * | 2020-09-24 | 2021-01-05 | 北京理工大学 | 基于飞秒激光制备的光控驱动微流传输系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN207091329U (zh) | 一种刺激响应柔性微电极阵列 | |
| CN107033279A (zh) | 一种可变形的刺激响应材料及其制备方法和刺激响应柔性微电极阵列 | |
| Madduma‐Bandarage et al. | Synthetic hydrogels: Synthesis, novel trends, and applications | |
| Zhang et al. | Functionalizing double-network hydrogels for applications in remote actuation and in low-temperature strain sensing | |
| Park et al. | Hydrogel‐based artificial muscles: overview and recent progress | |
| Hao et al. | Bifunctional smart hydrogel dressing with strain sensitivity and NIR-responsive performance | |
| Liu et al. | Recent advances in stimuli‐responsive shape‐morphing hydrogels | |
| Cheng et al. | Direct-ink-write 3D printing of hydrogels into biomimetic soft robots | |
| Shi et al. | Bioactuators based on stimulus-responsive hydrogels and their emerging biomedical applications | |
| Jin et al. | Nanoclay-based self-supporting responsive nanocomposite hydrogels for printing applications | |
| Hu et al. | Harnessing the power of stimuli‐responsive polymers for actuation | |
| Erol et al. | Transformer hydrogels: a review | |
| JP6284200B2 (ja) | 多孔質基板電極体及びその製造方法 | |
| Zhang et al. | Optically-and thermally-responsive programmable materials based on carbon nanotube-hydrogel polymer composites | |
| Wang et al. | Antiliquid-interfering, antibacteria, and adhesive wearable strain sensor based on superhydrophobic and conductive composite hydrogel | |
| Lou et al. | Programmable three-dimensional advanced materials based on nanostructures as building blocks for flexible sensors | |
| Ravichandran et al. | Applications of conducting polymers and their issues in biomedical engineering | |
| Liu et al. | Bioinspired gradient structured soft actuators: From fabrication to application | |
| Li et al. | Photoresponsive shape memory hydrogels for complex deformation and solvent-driven actuation | |
| Shin et al. | Design of an electro-stimulated hydrogel actuator system with fast flexible folding deformation under a low electric field | |
| Hu et al. | Enhancing strain-sensing properties of the conductive hydrogel by introducing PVDF-TrFE | |
| Kougkolos et al. | Hydrogels with electrically conductive nanomaterials for biomedical applications | |
| Kim et al. | Microfluidic fabrication of multistimuli-responsive tubular hydrogels for cellular scaffolds | |
| Khan et al. | Micelle–micelle cross-linked highly stretchable conductive hydrogels for potential applications of strain and electronic skin sensors | |
| CN109350846A (zh) | 一种功能化宽幅植入式微电极阵列及其制备方法与应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |