電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報道 近日，上海交通大學電子信息與電氣工程學院劉景全教授團隊在可植入式腦機接口（BCI）核心器件研發(fā)領(lǐng)域取得重大突破。該團隊成功開發(fā)出一種基于陽極鍵合技術(shù)的高效MEMS微電極陣列（BMEA），有效破解了傳統(tǒng)“猶他電極”制造工藝復雜、成本高昂等長期困擾業(yè)界的難題。

該研究成果以《一種用于在體神經(jīng)記錄的具有可靠電極間絕緣工藝的高效MEMS微電極陣列》為題，發(fā)表于國際頂級期刊《Small》，為下一代高性能、可擴展腦機接口技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

核心突破：絕緣工藝破解長期應用瓶頸

可植入微針陣列作為腦機接口的核心部件，扮演著“神經(jīng)信號翻譯官”的關(guān)鍵角色——既要精準采集神經(jīng)元放電信號，又要避免電極間信號干擾，同時需具備長期生物相容性。而電極間絕緣性能不足、工藝復雜導致的穩(wěn)定性欠佳，一直是制約該領(lǐng)域發(fā)展的核心痛點。

劉景全團隊創(chuàng)新性地采用陽極鍵合技術(shù)，構(gòu)建了以低阻硅片為導電微針、硼硅酸鹽玻璃為絕緣基底的核心結(jié)構(gòu)?！皞鹘y(tǒng)熔融玻璃基底工藝需經(jīng)多步高溫處理，不僅耗時，還易產(chǎn)生微裂紋，導致絕緣性能衰減?！眻F隊第一作者徐慶達博士介紹，新方案通過硅-玻璃直接鍵合，實現(xiàn)了電極間絕緣層的致密化制備。經(jīng)測試，電極間漏電流低于0.1nA，絕緣電阻穩(wěn)定保持在101?Ω以上，較傳統(tǒng)工藝提升兩個數(shù)量級。

為兼顧信號采集效率與生物相容性，團隊還優(yōu)化了微針結(jié)構(gòu)與界面修飾工藝。借助陣列式內(nèi)部腐蝕液補充速率調(diào)控和并列多次切割技術(shù)，通過一步靜態(tài)腐蝕即可形成尖端直徑僅5μm的錐形微針，既降低了植入時對腦組織的損傷，又提升了信號采集的空間分辨率。同時，通過濺射氧化銥作為電極界面材料，不僅降低了電極阻抗，還顯著提升了器件在生物體液中的抗腐蝕性能。

“我們開發(fā)的微電極陣列通過創(chuàng)新的陽極鍵合工藝，實現(xiàn)了電極間近乎完美的絕緣性能?！眲⒕叭淌诮忉專斑@使得微針陣列植入大腦后，能夠穩(wěn)定記錄神經(jīng)元發(fā)放的spike信號，避免了傳統(tǒng)電極陣列中常見的信號串擾問題?！?/p>

實驗驗證：在體與離體雙重佐證可靠性

研究團隊通過嚴謹?shù)膶嶒炘O計，對新開發(fā)的微電極陣列進行了全面驗證。在小鼠在體植入實驗中，該微電極陣列成功穩(wěn)定記錄到神經(jīng)元發(fā)放的spike信號，證實了其在活體環(huán)境中的可靠性能；同時，通過腦切片實驗，團隊驗證了電極的細胞生物相容性，確保器件長期植入后不會對神經(jīng)組織造成明顯損傷。
實驗結(jié)果令人振奮，主要體現(xiàn)在兩大維度：
·信號采集優(yōu)異：電極可長期、穩(wěn)定捕捉小鼠大腦神經(jīng)元發(fā)出的微弱電信號，信號質(zhì)量出眾，充分證明其實際應用可靠性。
·生物安全性高：細胞實驗和動物行為學實驗均顯示，該電極無細胞毒性，小鼠植入后活動正常，未出現(xiàn)明顯不適或排斥反應，展現(xiàn)出良好的生物相容性與安全性。

“我們的實驗表明，這種微電極陣列植入后可持續(xù)穩(wěn)定工作，信號質(zhì)量遠優(yōu)于傳統(tǒng)電極陣列。”劉景全團隊的博士生表示，“這為長期神經(jīng)信號監(jiān)測和腦機接口實際應用奠定了堅實基礎(chǔ)?！?/p>

三大核心優(yōu)勢領(lǐng)跑業(yè)界

與現(xiàn)有腦機接口器件相比，劉景全團隊開發(fā)的微電極陣列具備三大顯著優(yōu)勢：
·高精度記錄：電極間絕緣工藝的突破性改進，大幅降低信號串擾，顯著提升神經(jīng)信號記錄精度。
·高穩(wěn)定性：陽極鍵合技術(shù)保障了微電極陣列在復雜生物環(huán)境中的長期穩(wěn)定性，避免了傳統(tǒng)電極植入后因絕緣失效導致的信號質(zhì)量下降問題。
·高生物相容性：通過優(yōu)化材料選擇與表面處理工藝，微電極陣列對神經(jīng)組織的侵入性更低，顯著減輕了植入后的炎癥反應。

隨著這項突破性成果的發(fā)表，上海交大劉景全團隊在腦機接口領(lǐng)域的研究實力再次獲得國際認可，為我國腦科學與類腦智能領(lǐng)域的前沿研究貢獻了重要力量。未來，團隊將持續(xù)深化微納電子與生物醫(yī)學的交叉融合，推動腦機接口技術(shù)向更高精度、更廣泛應用領(lǐng)域邁進。