超薄生物电极阵列具有改善的电化学性能,用于电生理学传感和调制

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 神经科学是一个神经科学.

背景情况:

• 神经传感的高精度需要高效的电荷传输生物接口和高时空分辨率.
• 超薄,符合规定的生物电极阵列是有希望的,但往往缺乏机电稳定性和足够的电化学电容.
• 现有的局限性阻碍了神经接口的最佳性能.

研究的目的:

• 开发具有同时具有超符合性,机电稳定性和高电化学性能的超薄生物电极阵列.
• 为了研究聚3,4-乙烯二氧化硫酸盐 (PEDOT:PSS) /氧化石墨烯 (GO) 相互透网络 (PGIN) 对生物电极性能的协同效应.
• 为了证明这些生物电极对于精确的神经信号映射和先进应用,如无声语音识别和双模式大脑活动分析的实用性.

主要方法:

• 使用光电法制造超薄 (∼115 nm) 生物电极阵列.
• 光电导电性,机械伸展性和电化学性质的表征 (电荷存储容量,界面阻抗).
• 利用PEDOT:PSS/GO相互透网络 (PGIN) 内的协同作用来提高性能.
• 记录多通道面部电肌图 (fEMG) 信号,以使用机器学习进行无声语音识别.
• 同时记录脑电图 (EEG) 和功能近红外光谱 (fNIRS) 信号.

主要成果:

• 实现了高光电导电性 (2060 S cm^-1@88%透明度) 和机械伸展性 (110%应变).
• 证明了出色的电化学性能,电荷储存容量为24.5mC cm-2和比商业电极低3.5倍的接口阻抗.
• 成功捕获弱的多通道fEMG信号,通过机器学习实现高精度的无声语音识别.
• 启用了同时进行EEG和fNIRS记录,以高时间和空间分辨率促进双模式大脑活动分析.

结论:

• 开发的超薄生物电极阵列提供了符合性,稳定性和高电化学性能的独特组合.
• PGIN结构是改善导电通道和电荷转移移动性的关键,从而提高了生物电极的功能.
• 这些生物电极代表了高分辨率神经传感,调制和多模式大脑活动分析的重大进步.