基于一維和二維納米材料的神經界面構筑

許可 ，王晉芬

1中國科學院納米科學卓越創新中心，國家納米科學中心，北京 100190

2中國科學院納米生物效應與安全性重點實驗室，國家納米科學中心，北京 100190

3中國科學院大學，北京 100049

1 引言

神經界面是神經系統與神經電子器件進行信息交互的接口，構筑穩定可靠的神經-電極界面，不僅對神經環路的研究大有裨益，而且對腦機接口技術的發展1、神經假體的臨床應用2具有重要意義。理想的神經界面要求神經電極的生物相容性好，能與神經系統進行無縫集成3,4，尺寸盡量小以減少腦損傷5,6，記錄位點盡量多以檢測到更多的神經元活動5,7，具有足夠的電荷注入能力以實現電刺激8，信號記錄的時空分辨率、信噪比高9,10，能夠長期穩定地工作11。

傳統的神經電極以剛性材料為主，如金屬微絲電極12、密歇根電極13和尤他電極14等，其力學性能與柔軟的腦組織不匹配，植入后易發生微移動，導致神經界面附近的神經元衰退、神經膠質細胞增生，引發炎癥反應，形成膠質瘢痕，影響電極的長期記錄性能15,16。金屬材質的記錄位點在體液環境中易發生腐蝕，而且微米及毫米尺寸的神經電極空間分辨率低，難以完成亞細胞水平的神經活動檢測17,18。此外，隨著電極尺寸的減小，探針的界面阻抗增大，熱噪聲隨之增大，神經電極的信噪比降低，嚴重影響神經電極的信號質量6。上述問題嚴重制約著神經電極的發展和應用，因此亟需構筑新型的神經界面，解決現有神經電極存在的問題。……