财π新闻 脑机接口作为神经医学、康复工程与人工智能交叉领域的前沿颠覆性技术，是开展脑科学基础研究、攻克重度神经损伤、运动功能障碍以及难治性神经精神疾病的重要工具，已成为全球科技战略竞争的前沿赛道。长期以来，电极与脑组织之间的神经融合界面是脑机接口临床转化的核心关键环节，直接决定设备使用寿命、信号采集精度与临床安全，是实现长期稳定神经记录、闭环精准神经调控的根基，也是制约脑机接口真正惠及广大病患的关键技术壁垒。植入电极侵入脑组织会破坏血脑屏障，诱发持续的异物免疫炎症反应，逐步形成胶质瘢痕，造成电极周边神经元丢失，最终导致设备功能失效，这也是当前全球脑机接口临床应用面临的共性难题。

此前全球范围内的脑机接口临床试验已经暴露出界面技术的明显短板，有受试者植入仅三个月，电极便因免疫反应发生回缩，有效信号通道大幅衰减，采集质量断崖式下滑。这一现象的根源在于，植入物进入大脑后，会首先刺破微血管、损伤神经元，引发急性炎症，大脑的小胶质细胞和星形胶质细胞会被全面激活，将来路不明的异物包裹隔离，胶质细胞在电极表面层层堆积形成致密的胶质瘢痕，相当于给电极裹上一层绝缘胶带，彻底隔开电极与神经元，信号自然会持续减弱直至完全无法接收。与此同时，大脑会随着呼吸、心跳、头部运动持续微微晃动，传统刚性电极硬邦邦的材质和柔软的脑组织弹性模量差了好几个数量级，相当于把一块铁片塞进豆腐里，每一次相对运动都会造成摩擦损伤，慢性机械损伤又会进一步加剧炎症，炎症反过来催生更多瘢痕，形成难以打破的恶性循环。更棘手的是，随着植入时间不断延长，电极还会与脑组织发生不可逆的生物粘连，二者完全“长死”在一起，一旦设备老化故障需要取出，二次手术极易撕裂脑组织，造成出血和神经功能损伤，让植入式脑机接口陷入“装进去容易、取出来难”的困境。

当前业内已有的柔性基底、导电高分子、单一功能修饰涂层等技术，仅能改善某一项缺陷，无法同步实现长效抑菌、抑制生物污损、削弱免疫排斥、稳定电学性能、电极无损回收等五项临床刚需，始终无法兼顾信号长期稳定、安全植入、安全取出的多重要求，成为脑机接口落地临床的核心卡点。为破解这一长期困扰行业的技术难题，来自中国科学院理化技术研究所的张维团队联合首都医科大学北京天坛医院孟凡刚团队、中国科学院上海微系统与信息技术研究所孙鎏炀团队，以及脑虎科技等多家单位的科研人员，经过长期技术攻关，成功研发出一款多功能阳离子交替肽电极界面涂层，基于该涂层改性的柔性神经电极，在动物模型中完成多项突破性验证，为超长期服役、可无损更换的临床级脑机接口提供了通用解决方案，相关研究成果已正式发表于国际专业学术期刊《先进材料》。

这款全新研发的交替肽涂层兼顾优异生物相容性、广谱抗菌、抗蛋白与离子黏附、强效抑制异物反应四大核心特性，且完全不会破坏电极本身的电化学性能。该多肽修饰材料可适配硅、金、聚酰亚胺、医用聚氨酯等多种植入器械基底，仅通过表面共价接枝形成超薄修饰层，依托适度高电势活性以及氢键水合屏障实现多重功能协同，完全不改变电极本身的柔性与导电性能，却能同时实现抑菌、抗蛋白吸附、抑制免疫排斥等多重功能。为充分验证涂层的实际应用效果，研究团队将修饰后的柔性电极植入大脑运动皮层，开展了长达300天的连续在体电生理测试，最终得到的对比数据充分展现了该涂层的突破性优势。实验结果显示，未经过涂层处理的裸电极植入90天后，有效记录通道便出现大幅衰减，植入300天时已经基本捕捉不到神经元放电信号；而经过涂层改性的电极，植入满300天有效工作通道没有出现任何衰减，记录到的神经元动作电位幅值始终持续维持在155微伏以上，信号采集的稳定性得到了充分保障。在神经刺激调控层面，植入300天后，普通裸电极需要100微安的电流才能诱发微弱的肢体反应，而经过涂层改性的电极仅需2微安的电流即可触发明显的运动反馈，神经调控综合效率直接提升了50倍，大幅降低了神经调控过程中可能对脑组织造成的额外刺激风险。

更受关注的是针对电极取出环节开展的专项实验，这款涂层最具实用价值的优势之一，就是彻底避免了电极与脑组织的不可逆粘连，实验过程中经过涂层处理的电极能够被完整无损地取出，周围的脑组织也没有出现大面积损伤，从根本上解决了传统植入电极取出时极易造成脑损伤的临床风险。后续开展的脑组织免疫染色结果显示，改性电极周边的星形胶质细胞、巨噬细胞数量仅为裸电极组的五分之一左右，电极周边500微米范围内的神经元密度已经接近健康脑组织的水平，彻底解决了传统电极周边长期存在的“神经元荒漠”难题。为进一步探究电极长效稳定记录与低刺激阈值的内在机理，研究团队整合转录组与空间转录组多组学数据，系统解析了宿主组织的分子响应机制，结果发现传统裸电极植入后，会引发全谱炎症通路激活，同时抑制突触传递与离子通道功能，最终形成典型的损伤型分子特征；而采用交替肽修饰之后，电极可以有效抑制补体与TLR炎症通路，同时恢复神经递质释放、钠钾离子通道及突触可塑性相关基因的表达，这一转变成功将宿主微环境从促炎损伤状态重塑为修复稳态，从分子层面清晰阐释了该涂层功能优势的内在机制。

相关研究团队表示，这项通用涂层技术的成功研发，让脑机接口和各类植入式医疗设备距离临床应用更近了一步，电极既可以在脑内长期稳定工作，在设备老化之后也能够安全取出更换，为真正可长期使用的脑机接口打下了坚实基础。该交替肽涂层具备较强的通用性，除了应用于脑机接口领域之外，还能为长效脑机接口、迷走神经刺激、神经传感、植入式医用电子设备的临床转化开辟全新的可行路径，为后续更多植入式神经医疗设备的落地应用提供了核心的界面技术支撑。

(编辑：吕文)