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双亲性石墨烯对神经细胞的电刺激效应

Synthesis of amphiphilic reduced graphene oxide with enhanced charge injection capacity for electrical stimulation of neural cells

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【作者】 张琦张昭磊李坤阳刘坚

【Author】 Qi Zhang;Zhaolei Zhang;Kunyang Li;Jian Liu;Institute of Functional Nano and Soft Materials (FUNSOM),Collaborative Innovation Center of Suzhou Nano Science and Technology,Soochow University;

【机构】 苏州大学功能纳米与软物质研究院(FUNSOM)

【摘要】 开发高性能神经电极材料为神经科学研究提供新契机。本研究发展了一种便捷的合成双亲性还原氧化石墨烯的方法,制备的材料具有较高的电荷注入效能,可实现对神经细胞的高强度电刺激。双亲性石墨烯通过所谓的"一步法"制备,即在材料表面共价改性过程中,同时采用高温将氧化石墨烯还原;所引入的双亲性分子—聚乙二醇甲醚不仅使所制材料具备在不同溶剂中的良好分散性,且提高了材料的电容式双层电荷注入性能。进而,将PC12神经细胞植于双亲性石墨烯材料表面,钙离子荧光检测实验证明,因双亲性石墨烯材料具有更强的电荷注入能力,相较于对照组(普通石墨烯组),在双亲性石墨烯材料表面,观察到更高比例的PC12细胞表现出明显的动作电位变化。综上所述,本研究证明双亲性石墨烯材料有望成为一种安全高效的神经电极植入材料,为开发新型神经电刺激系统提供新的思路和方法。

【Abstract】 Advanced neural research demands new electrode materials with high performance. Herein, we have developed a facile approach to synthesize amphiphilic reduced graphene oxide(rGO) and demonstrated its performance in electrically stimulating neural cells with high charge injection capacity. Synthesis of the amphiphilic rGO is featured with covalent functionalization and simultaneous thermal reduction in a one-step manner. The covalent functionalization of methoxy poly(ethylene glycol)(mPEG) chains on rGO surface not only provides the high dispersibility in various solvents enabling convenient post-treatment processes, but also allows for an enhancement in double-layer charging capacitance. Calcium imaging of PC12 neural cells on the amphiphilic mPEG-rGO films has revealed a predominant increase of cell percentage with higher action potentials, derived from double-layer capacitance enhancement in charge injection. These results suggest that the new material of amphiphilic mPEG-rGO is capable of providing much safe and efficacious solution for neural prostheses applications.

  • 【会议录名称】 中国化学会第29届学术年会摘要集——第35分会:纳米生物医学中的化学问题
  • 【会议名称】中国化学会第29届学术年会
  • 【会议时间】2014-08-04
  • 【会议地点】中国北京
  • 【分类号】R114
  • 【主办单位】中国化学会
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