【导语】近日，上海交大刘景全教授团队在可植入式脑机接口核心器件研发上获重大突破，成功开发出基于阳极键合技术的高效 MEMS 微电极阵列，破解传统电极制造难题。该成果发表于国际顶级期刊《Small》，经实验验证，在信号采集、生物安全等方面表现优异，具备高精度记录等三大优势，获国际认可。
电子发烧友网综合报道 近日，上海交通大学电子信息与电气工程学院刘景全教授团队在可植入式脑机接口（BCI）核心器件研发领域取得重大突破。该团队成功开发出一种基于阳极键合技术的(de)高(gāo)效(xiào)MEMS微(wēi)电(diàn)极(jí)阵(zhèn)列(liè)（BMEA），有(yǒu)效(xiào)破(pò)解(jiě)了(le)传(chuán)统(tǒng)“犹(yóu)他(tā)电(diàn)极(jí)”制(zhì)造(zào)工(gōng)艺(yì)复(fù)杂(zá)、成(chéng)本(běn)高(gāo)昂(áng)等(děng)长(zhǎng)期困扰业界的难题。
该研究成果以《一种用于在体神经记录的具有可靠电极间绝缘工艺的高效MEMS微电极阵列》为题，发表于国际顶级期刊《Small》，为下一代高性能、可扩展脑机接口技术的发展奠定了坚实基础。
核心突破：绝缘工艺破解长期应用瓶颈
可植入微针阵列作为脑机接口的核心部件，扮演着“神经信号翻译官”的关键角色——既要精准采集神经元放电信号，又要避免电极间信号干扰，同时需具备长期生物相容性。而电极间绝缘性能不足、工艺复杂导致的稳定性欠佳，一直是制约该领域发展的核心痛点。
刘景全团队创新性地采用阳极键合技术，构建了(le)以(yǐ)低(dī)阻(zǔ)硅(guī)片(piàn)为(wèi)导(dǎo)电(diàn)微(wēi)针(zhēn)、硼(péng)硅(guī)酸(suān)盐(yán)玻(bō)璃(lí)为(wèi)绝(jué)缘(yuán)基(jī)底(dǐ)的(de)核(hé)心(xīn)结(jié)构(gòu)。“传(chuán)统(tǒng)熔(róng)融(róng)玻(bō)璃(lí)基(jī)底(dǐ)工(gōng)艺(yì)需(xū)经(jīng)多(duō)步(bù)高(gāo)温(wēn)处(chù)理(lǐ)，不仅耗时，还易产生微裂纹，导致绝缘性能衰减。”团队第一作者徐庆达博士介绍，新方案通过硅-玻璃直接键合，实现了电极间绝缘层的致密化制备。经测试，电极间漏电流低于0.1nA，绝缘电阻稳定保持在10¹⁰Ω以上，较传统工艺提升两个数量级。
为兼顾信号采集效率与生物(wù)相(xiāng)容(róng)性(xìng)，团(tuán)队(duì)还(hái)优(yōu)化(huà)了(le)微(wēi)针(zhēn)结(jié)构(gòu)与(yǔ)界(jiè)面(miàn)修(xiū)饰(shì)工(gōng)艺(yì)。借(jiè)助(zhù)阵(zhèn)列(liè)式(shì)内(nèi)部(bù)腐(fǔ)蚀(shí)液补充速率调控和并列多次切割技术，通过一步静态腐蚀即可形成尖端直径仅5μm的锥形微针，既降低了植入时对脑组织的损伤，又提升了信号采集的空间分辨率。同时，通过溅射氧化铱作为电极界面材料，不仅降低了电极阻抗，还显著提升了器件在生物体液中的抗腐蚀性能。
“我们开发的微电极阵列通过创新的阳极键合工艺，实现了电极间近乎完美的绝缘性能。”刘景全教授解释，“这使得微针阵列植入大脑后，能够稳定记录神经元发放的spike信号，避免了传统电极阵列中常见的信号串扰问题。”
实验验证：在体与离体双重佐证可靠性
研究团队通过严谨的实验设计，对新开发的微电极阵列进行了全面验证。在小鼠在体植入实验中，该微电极阵列(liè)成(chéng)功(gōng)稳(wěn)定(dìng)记(jì)录(lù)到(dào)神(shén)经(jīng)元(yuán)发(fā)放(fàng)的(de)spike信(xìn)号(hào)，证(zhèng)实(shí)了(le)其(qí)在(zài)活(huó)体(tǐ)环(huán)境(jìng)中(zhōng)的(de)可(kě)靠(kào)性(xìng)能(néng)；同(tóng)时(shí)，通(tōng)过(guò)脑(nǎo)切(qiè)片(piàn)实(shí)验(yàn)，团(tuán)队(duì)验(yàn)证(zhèng)了(le)电(diàn)极(jí)的(de)细(xì)胞(bāo)生(shēng)物(wù)相容性，确保器件长期植入后不会对神经组织造成明显损伤。
实验结果令人振奋，主要体现在两大维度：
·信号采集优异：电极可长期、稳定捕捉小鼠大脑神经元发出的微弱电信号，信号质量出众，充分证明其实际应用可靠性。
·生物安全性高：细胞实验和动物行为学实验均显示，该电极无细胞毒性，小鼠植入后活动正常，未出现明显不适或排斥反应，展现出良好的生物相容性与安全性。
“我们的实验表明，这种微电极阵列植入后可持续稳定工作，信号质量远优于传统电极阵列。”刘景全团队的博士生表示，“这为长期神经信号监测和脑机接口实际应用奠定了坚实基础。”
三大核心优势领跑业界
与现有脑机接口器件相比，刘景全团队开发的微电极阵列具备三大显著优势：
·高精度记录：电极间绝缘工艺的突破性改进，大幅降低信号串扰，显著提升神经信号记录精度。
·高稳定性：阳极键合技术保障了微电极阵列在复杂生物环境中的长期稳定性，避免了传统电极植入后因绝缘失效导致的(de)信(xìn)号(hào)质(zhì)量(liàng)下(xià)降(jiàng)问(wèn)题(tí)。
·高(gāo)生(shēng)物(wù)相(xiāng)容(róng)性(xìng)：通(tōng)过(guò)优(yōu)化(huà)材(cái)料(liào)选(xuǎn)择(zé)与(yǔ)表(biǎo)面(miàn)处(chù)理(lǐ)工(gōng)艺(yì)，微(wēi)电(diàn)极(jí)阵(zhèn)列(liè)对(duì)神(shén)经(jīng)组(zǔ)织(zhī)的(de)侵(qīn)入(rù)性(xìng)更(gèng)低(dī)，显(xiǎn)著(zhe)减(jiǎn)轻(qīng)了(le)植(zhí)入(rù)后(hòu)的(de)炎(yán)症(zhèng)反(fǎn)应。
随着这项突破性成果的发表，上海交大刘景全团队在脑机接口领域的研究实力再次获得国际认可，为我国脑科学与类脑智能领域的前沿研究贡献了重要力量。未来，团队将持(chí)续(xù)深(shēn)化(huà)微(wēi)纳(nà)电(diàn)子(zi)与(yǔ)生(shēng)物(wù)医(yī)学(xué)的(de)交(jiāo)叉(chā)融(róng)合(hé)，推(tuī)动(dòng)脑(nǎo)机(jī)接(jiē)口(kǒu)技(jì)术(shù)向(xiàng)更(gèng)高(gāo)精(jīng)度(dù)、更(gèng)广(guǎng)泛(fàn)应(yīng)用(yòng)领(lǐng)域迈(mài)进(jìn)。
