仿生“软电极”实现6个月单神经元追踪，脑机接口迎来“隐形桥梁”
发布时间：
2026-05-11
在脑科学最前沿的探索中，科学家一直梦想着搭建一座人脑与机器之间的“桥梁”——植入式神经接口。然而，这条道路被一个长久存在的难题所困扰：免疫排斥。当坚硬的传统电极植入柔软如豆腐的大脑组织时，持续的机械失配会引发强烈的异物反应，导致神经元死亡、信号质量急剧下降。近日，这一难题迎来了里程碑式的突破。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张珽研究员、李连辉副研究员团队，在国际顶尖材料学期刊 《Matter》 上发表论文，成功研发出全球首个神经元尺寸的全水凝胶神经电极阵列，实现了长达6个月的单神经元动作电位稳定追踪。
研究团队的核心理念很朴素——既然问题出在“太硬”，那就让电极变得“柔软”起来，甚至向真正的神经元“看齐”。
尺寸仿生：神经元胞体直径约10-20微米。团队将电极直径精准控制在0.94至20微米范围内，从根本上减少物理占位和对组织结构的破坏。
力学仿生：脑组织是含水量极高的超软物质，杨氏模量在千帕（kPa）级别。新电极湿态下的模量与脑组织高度匹配，弯曲刚度极低，能够随脑组织的搏动实现共形贴合，完美解决了力学失配。
生化仿生：全水凝胶体系的三维多孔网络结构与细胞外基质相似，高含水特性（>90%）为营养物质交换提供了通道，营造了友好的生化微环境。
将导电水凝胶加工成亚微米级纤维，是公认的难题。常规方法易导致纤维断裂或性能劣化。团队独创的“热溶剂辅助拉伸耦合退火”策略，如同为水凝胶纤维成型施以精妙“组合拳”：引入热溶剂调节高分子链流动性；施加精密拉伸力引导分子链高度取向排列；通过退火处理锁定取向结构，优化导电单元构象；这套工艺不仅将纤维直径推至加工极限，更在分子层面构筑了高效且稳定的电荷传导通路，使得制备出的“超细软丝”同时具备超柔软身段与卓越导电能力。
最令人振奋的结果来自动物实验。将16通道全水凝胶电极阵列植入小鼠运动皮层后：
组织学分析显示，植入16周后电极周围几乎未见明显的胶质增生和免疫细胞激活，神经元分布密度正常，证明其极致的生物相容性。
电生理记录表明，在长达6个月的慢性植入实验中，该电极在各种行为状态下均能稳定采集到信噪比极高的单神经元动作电位，实现了对同一群单个神经元电活动的长期稳定追踪。这一成绩在水凝胶电极乃至许多传统刚性电极研究中都极为罕见。
这项研究实现了从仿生设计理念、材料制备工艺到器件集成性能的全链条突破。它指明了一个清晰的方向：未来的理想电极，不应是与组织对抗的“入侵者”，而应是与神经元共生共荣的“仿生伙伴”。全水凝胶电极如同在大脑中架起了一座“隐形”桥梁，为无损读取大脑神经密码、精准干预帕金森、癫痫等疾病，以及未来高级脑机融合应用，提供了前所未有的可靠工具。随着这项技术的不断成熟，我们距离安全、长期、高保真的人机交互时代，又近了一步。
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