东华大学《AFM》：石墨烯纤维基生物微电极，用于精确神经信号记录

准确提取电生理信号对于推进精神疾病发病机制的研究至关重要。然而，当前的生理电极仍面临诸多挑战，包括介电常数不匹配、生物相容性差以及信噪比不佳等问题。已有充分证据表明，孔隙结构调控是制备高性能生理电极的关键。

本文，东华大学陈国印 副教授等在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊发表名为“Graphene Fiber-Based Bio-Microelectrode for Precise Neural Signal Recording”的论文，研究提采用非液晶纺丝技术结合剪切诱导取向工艺，制备了具有取向多孔结构的石墨烯纤维，其展现出高电导率（109.73 S cm⁻¹）、适宜的界面阻抗（14.23Ω mm²）以及高电荷存储容量（82.89 mC cm⁻²）。在涂覆 SiO₂和水凝胶层后，石墨烯纤维实现了侧面的电绝缘，防止了电荷泄漏，并建立了自适应界面，有效降低了界面模量。因此，它可作为生物微电极，用于精确检测目标脑区的神经活动，且提取的电生理信号具有 12.83 dB 的高信噪比。本研究提出了一种可扩展且协同的策略，用于构建下一代生物微电极，能够以相对较小的侵入性损伤高质量地提取电生理信号。

方案一、Design of a bio-microelectrode for physiological electrical signal acquisition.

总之，本研究成功开发了一种弹性模量可调的微纤维神经电极。通过调节石墨烯片层的孔径和取向，我们制备出了尺寸与单个神经元相当的石墨烯纤维。这些纤维具有高导电性、低比阻抗和优异的电荷存储能力。此外，通过表面改性并涂覆稳定的双网络水凝胶，该电极在干燥状态下展现出类金属的力学性能，便于植入；而在湿润状态下，其弹性模量与脑组织相匹配。这种设计有效防止了电荷泄漏，确保了生物力学界面的稳定性，并展现出优异的生物相容性。基于这些结构创新和性能优化，该电极在小鼠视觉皮层中可靠地记录了单个神经元的动作电位信号，并在不同频率的光刺激下实现了高时间分辨率。它为柔性神经电极及设备-组织接口的设计提供了系统性解决方案，在神经系统监测和精神疾病管理方面展现出重要价值。此外，通过先进的空间或多功能集成，该柔性生理电极的结构可进一步优化，为复杂的神经生物学研究提供了广阔的前景。

文献：https://doi.org/10.1002/adfm.202528803