植入式脑机接口及柔性神经电极技术

1. 痛点问题

作为脑机设备的核心组成部分和唯一与人体组织接触的部件，现有神经电极技术在长期性和稳定性上无法支撑广泛的脑机接口应用场景。

长期性：传统电极可能与生物组织不兼容，在植入后会在大脑内部产生排异反应。由此造成的瘢痕组织堆积会阻碍信号传输，导致电极失效。

稳定性：脑组织在大脑内部的移动导致电极和神经元的配对不能长期保持一致，这会大大降低大脑和电脑间双向通讯的质量和精度。

2. 解决方案

本项成果独创全新的电极结构设计，从多维度模仿天然生物结构，让电极可以和周围的脑组织完美融合，实现更高的生物兼容性。因此，该电极可实现长期、稳定、高精度的神经信号记录和刺激。同时，项目组也开发了配套的植入方法，可实现快速、微创、易操作的植入流程。

图1 首款科研产品

（柔性电极、自动化植入设备、电生理工作站）样品图

目前团队以柔性电极技术为核心，已完成全栈式科研设备的研发。预计全球柔性电极和脑机接口设备的科研市场将在5年内达到数十亿人民币。与此同时，团队正在同步开展首款临床应用的医疗器械产品研发。以柔性电极为核心的脑机设备在医疗领域的市场预估将在2040年达到数千亿人民币。

本项成果的神经电极产品相比市场上现有的其他神经电极有着明显优势。例如，神经元拟态柔性神经电极具备与神经元轴突尺寸相匹配的结构设计，拥有1×10-14 N/m²的极低弯曲刚度等优异力学特性。电极采用一体化预组装设计，结合高标准的环氧灭菌包装，实现即插即用，有效减少了手术前的消毒及操作准备时间。植入过程中，电极急性创伤小，且无外源辅助物引入，入口针尺寸低至50微米，进一步减少了植入伤口，动物恢复速度加快，同时保证了信号采集的及时性与准确性。电极植入后无长期免疫反应迹象，能够稳定采集超过300天的神经电生理信号。该电极还具备多模态兼容性，能够与光学成像、核磁共振成像等技术联合使用，扩展了其应用领域和研究可能性。

本项目累积了清华大学和合作单位十余年的脑机接口技术突破，持续获得了基金委、科技部、教育部、北京市等机构的数十项科研课题支持。样机完成了大量的动物试验验证，并获得了十余家机构的试用和认可。