電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報道 近日，上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院劉景全教授團(tuán)隊在可植入式腦機(jī)接口（BCI）核心器件研發(fā)領(lǐng)域取得重大突破。該團(tuán)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(fù)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(kuò)展腦機(jī)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(yīng)用瓶頸

可植入微針陣列作為腦機(jī)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(zhǔn)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(fù)雜導(dǎo)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(tuán)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(dǎo)電微針、硼硅酸鹽玻璃為絕緣基底的核心結(jié)構(gòu)。“傳統(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(dǎo)致絕緣性能衰減。”團(tuán)隊第一作者徐慶達(dá)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(tuán)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?dāng)_問題?！?/p>

實驗驗證：在體與離體雙重佐證可靠性

研究團(tuán)隊通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炘O(shè)計，對新開發(fā)的微電極陣列進(jìn)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(tuán)隊驗證了電極的細(xì)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(yīng)用可靠性。
·生物安全性高：細(xì)胞實驗和動物行為學(xué)實驗均顯示，該電極無細(xì)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(yīng)，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(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)電極陣列?！眲⒕叭珗F(tuán)隊的博士生表示，“這為長期神經(jīng)信號監(jiān)測和腦機(jī)接口實際應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。”

三大核心優(yōu)勢領(lǐng)跑業(yè)界

與現(xiàn)有腦機(jī)接口器件相比，劉景全團(tuán)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(jìn)，大幅降低信號串?dāng)_，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(fù)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(dǎo)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(yīng)。

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