腦機接口長期植入難題，被中國科學家破解了？

腦機接口，這個聽起來像科幻電影裏的玩意兒，正在一步步走進現實。癱瘓病人靠它重新站起來，漸凍症患者用它打字交流——但你可能不知道，這項炫酷的技術有一個特別的煩惱：電極放進大腦後，用不了多久就“不好使”了。

有多不好使？臨牀試驗裏就出現過這樣的情況：有受試者植入才三個月，電極的有效信號通道就大幅衰減，採集質量斷崖式下滑。好好的設備，怎麼就突然“聾”了？答案說出來有點好笑——大腦把電極當成了“壞人”。

爲了解決這個臨牀難題，來自中國科學院理化技術研究所等單位的科學家們，研發出了一種不會被當成“壞人”的多功能電極界面塗層。使用該塗層的柔性神經電極可在腦內穩定工作300天以上，且能安全無損取出。論文發表在 2026年8月的《先進材料》雜誌。

爲什麼有了這個塗層，大腦就不再排斥電極了呢？這得從大腦防禦說起。

大腦的“防禦戰”

電極植入大腦的那一刻，一場“敵我戰爭”就打響了。

首先是“城門失火”：植入過程會刺破微血管，損傷神經元，引發急性炎症。大腦一看，好傢伙，有外敵入侵！立刻拉響警報。緊接着，大腦的兩支“保安隊”——小膠質細胞和星形膠質細胞——被全面激活。它們的目標很明確：把這個來路不明的東西包裹起來，隔離掉，別讓它搗亂。

於是，膠質細胞在電極表面一層一層往上堆，形成了一層緻密的“膠質瘢痕”。你可以把它想象成給電極裹了一層絕緣膠帶——電極和神經元被徹底隔開，信號自然越來越弱，最後乾脆收不到了。

大腦裏的星形膠質細胞，會包圍傷口形成疤痕。圖庫版權圖片，轉載使用可能引發版權糾紛

這還沒完。大腦不是靜止不動的，它隨着呼吸、心跳、頭部運動在持續微微晃動。傳統剛性電極（硅基、金屬材質）硬邦邦的，跟柔軟的腦組織彈性模量差了好幾個數量級——這是什麼概念？相當於把一塊鐵片塞進豆腐裏，每動一下就是一次摩擦損傷。慢性機械損傷又會進一步加劇炎症，炎症又催生更多瘢痕，完美閉環，惡性循環。

更讓人頭疼的是“生物粘連”。時間一長，電極和腦組織乾脆“長在一起”了，像兩棵樹的根纏在了一塊兒。一旦設備老化故障需要取出來，二次手術極易撕裂腦組織，造成出血和神經功能損傷——說白了，就是裝進去容易，拿出來難。

一邊要信號穩定，一邊要安全植入、安全取出——這幾乎就是個“既要又要還要”的超級難題。

理想電極的五重考驗

怎麼破局？科學家想到了給電極“穿件衣服”——在表面塗一層特殊材料，讓大腦認不出它是異物。

但這件“衣服”可不好做。理想情況下，它得同時滿足五項要求，少一項都不行：

第一，長效抑菌。植入最怕感染，塗層得能抑制細菌附着，相當於自帶“消毒buff”。

第二，抗生物污損。蛋白質、細胞碎片不能隨便黏在上面，否則電極很快就“髒”了、絕緣了——就像水壺裏的水垢，糊住了就不好使了。

第三，削弱免疫排斥。不能刺激膠質細胞過度激活，要讓大腦“以禮相待”，真心實意把它當成自己人。

第四，穩定電學性能。塗層本身不能是絕緣體，不能增加阻抗、影響信號採集和電刺激效率——不能爲了穿件衣服，把天線給裹沒了。

第五，可無損回收。不能跟組織長死，設備老化後要能安全取出來更換——總不能用壞了就不管了，在腦子裏留個“文物”吧。

理想的電極塗層，它得是個“五邊形戰士”。丨AI製作

過去的技術路線——柔性基底、導電高分子、單一功能修飾塗層——通常只能解決其中一兩項。比如親水抗污塗層生物相容性好，但導電性差；導電高分子能降低阻抗，卻難以兼顧抑菌和抗免疫反應。更麻煩的是，這些要求之間常常互相矛盾：你加了抗菌組分，可能生物相容性就變差了；你塗厚了功能強，但電極的柔性和尺寸就變了。

這就像要求一個人同時是短跑冠軍、馬拉松健將、舉重選手和體操運動員——幾乎不可能。

給電極穿上“分子外衣”

那麼，我國的科學家們是如何從“不可能”中找到希望的呢？答案就是：給它套上一層陽離子交替肽多功能電極塗層。

聽名字有點拗口，你可以把它理解成一種用氨基酸“編織”出來的超薄分子外衣。它通過表面化學接枝的方式，在電極表面形成一層極薄的修飾層——薄到什麼程度？完全不改變電極本身的柔性和導電性能，就像給電極貼了層隱形面膜。

這層面膜可不簡單，它同時具備四種關鍵能力：優異的生物相容性、廣譜抗菌、抗蛋白與離子黏附、強效抑制異物反應。大腦一看，哦，兄弟看着像自己人啊，算了，不管了。

具體效果怎麼樣？大鼠實驗給出了一組相當震撼的數字：

信號記錄方面：裸電極植入90天后，有效記錄通道就大幅衰減；到300天時，基本捕捉不到神經元放電了——相當於聾了。而塗了新塗層的電極呢？300天裏通道沒有衰減，記錄到的神經信號幅值始終穩定在155微伏以上，跟剛植入的時候幾乎沒差。

神經調控方面：植入300天后，普通電極需要100微安的電流才能誘發微弱的肢體反應——就像扯着嗓子喊對方纔能勉強聽見。塗層電極呢？只需要2微安就夠了，調控效率提升了整整50倍。相當於以前得用喇叭喊，現在湊到耳邊輕聲說一句就行。

取出實驗更驚豔：塗層電極不再跟腦組織“長死”在一起，能被完整取出來，周圍的腦組織也幾乎沒受傷。這意味着什麼？意味着未來設備老化後可以安全更換，植入式腦機接口不再是“一次性”的、“損傷性”的——裝得進去，也拿得出來。

對比裸電極（左），塗層電極（右）和大腦組織之間的整合情況大爲改善。圖中綠色爲神經元，紅色爲巨噬細胞，藍色爲星形膠質細胞。丨來自論文

多組學分析也從分子層面驗證了原因：塗層周圍的腦組織，從“促炎性損傷狀態”轉變成了“炎症減弱、組織穩態改善”的狀態——大腦真的被“騙過了”。

腦機接口的“最後一公里”

看到這裏你可能會問：這麼厲害，什麼時候能用到人身上？

客觀地說，還有一段路。目前這項研究還處在齧齒類動物實驗階段，距離人體臨牀應用，至少還要跨過幾道關：

首先是物種差距。大鼠的腦容量、結構、免疫反應和人腦差異很大。通常還需要在非人靈長類動物（如獼猴）身上驗證安全性和有效性，才能推進到人體試驗——畢竟，大鼠腦袋和人腦，差的可不是一星半點。

其次是長期安全性。300天在大鼠生命週期裏佔比很高，但對人類臨牀應用來說，理想的植入週期是數年甚至數十年。塗層在人體內的長期穩定性、降解產物的代謝途徑、系統毒性、免疫原性等，都需要更充分的驗證。簡單說就是：現在300天沒問題，那3年呢？30年呢？

第三是監管審批。侵入式腦機接口屬於最高風險等級的三類醫療器械，需要經過嚴格的註冊臨牀試驗。國內目前推進較快的“北腦一號”還是硬膜外（非腦實質內植入）產品，腦內植入的審批會更加謹慎。

不過，好消息也不少。國內腦機接口的臨牀轉化正在加速，天壇醫院已經開設了腦機接口諮詢評估門診和臨牀轉化病房，多款產品在推進臨牀試驗。這款塗層作爲一種通用平臺技術，可以應用於各類植入式神經電極和醫療設備，轉化路徑相對清晰。

腦機接口的“最後一公里”，正在被一米一米地打通。也許再過十年回頭看，今天這層薄薄的分子外衣，會被證明是這段旅程中相當關鍵的一步。

畢竟，對於電極技術來說，真正成熟的標誌，從來不是它能做多少酷炫的事，而是它能安安靜靜地待在那裏——不搗亂、不衰減、隨時能換。到那個時候，腦機接口才真正從實驗室的“展品”，變成患者能用、敢用的醫療工具。

策劃製作

作者丨許先慧 中國科學院上海高等研究院國家蛋白質科學研究（上海）設施副主任

審覈丨陶寧 生物醫學領域 副研究員

策劃丨高佩雯 江帆

責編丨王夢如