在腦機接口技術領域,電極作為連接電子設備與生物神經系統的關鍵部件,其性能直接影響著腦機接口的實際應用效果。然而,傳統植入式電極存在明顯局限性——它們多為“靜態”結構,植入后位置固定,難以根據生物體活動靈活調整信號采集區域,且在免疫反應中容易受損,導致信號傳導失效,成為制約腦機接口技術突破的重要瓶頸。
針對這一難題,由中國科學院深圳先進技術研究院劉志遠、韓飛團隊與徐天添團隊,聯合東華大學嚴威團隊展開協同攻關。經過五年多的技術迭代與實驗驗證,團隊成功研發出一種名為“NeuroWorm”(神經蠕蟲)的動態神經纖維電極。該電極直徑僅196微米,相當于兩根頭發絲的粗細,卻集成了60個獨立電極通道,具備超柔韌性與可拉伸特性,能夠像生物蠕蟲般在體內自主移動,實現動態信號采集。
研究團隊面臨的第一個技術挑戰,是在極細的纖維上精準布局數十個獨立電極通道。這要求在直徑約200微米的纖維表面,雕刻出數十根長度一致、互不交叉的導電線路,同時確保纖維整體具備足夠的柔韌性與拉伸強度。為此,團隊開發了超薄柔性薄膜制備工藝,結合導電圖案優化設計與軟硬接口集成技術,最終實現了60通道電極在196微米直徑纖維上的高密度集成。
為實現電極的“動態”功能,團隊在電極末端嵌入微型磁頭,并配套開發了高精度磁控系統與實時影像追蹤技術。通過外部磁場調控,電極可在體內自主改變行進方向,穩定記錄生物電信號。實驗顯示,該電極能在兔子顱內靈活移動,根據需求切換監測目標,其動態監測能力顯著優于傳統靜態電極。
更值得關注的是,NeuroWorm電極的應用場景突破了傳統腦機接口的局限。研究團隊通過微創植入技術,首次實現了該電極在大鼠腿部肌肉內的長期穩定工作,持續時間超過43周。在外部磁場控制下,電極可在肌肉表面游走,并在植入后一周內每日變換監測位置,為肌肉疾病研究與康復監測提供了全新工具。
這項發表于《自然》雜志的研究成果,標志著腦機接口電極技術從“靜態”向“動態”的范式轉變。通過材料科學、微納制造與生物醫學工程的交叉融合,研究團隊為腦機接口的精準監測與長期穩定性開辟了新路徑,也為神經疾病治療、運動功能重建等領域帶來了創新解決方案。