1. 痛點問題
作為腦機設備的核心組成部分和唯一與人體組織接觸的部件,現有神經電極技術在長期性和穩定性上無法支撐廣泛的腦機接口應用場景。
長期性:傳統電極可能與生物組織不兼容,在植入后會在大腦內部產生排異反應。由此造成的瘢痕組織堆積會阻礙信號傳輸,導致電極失效。
穩定性:腦組織在大腦內部的移動導致電極和神經元的配對不能長期保持一致,這會大大降低大腦和電腦間雙向通訊的質量和精度。
2. 解決方案
本項成果獨創全新的電極結構設計,從多維度模仿天然生物結構,讓電極可以和周圍的腦組織完美融合,實現更高的生物兼容性。因此,該電極可實現長期、穩定、高精度的神經信號記錄和刺激。同時,項目組也開發了配套的植入方法,可實現快速、微創、易操作的植入流程。
圖1 首款科研產品
(柔性電極、自動化植入設備、電生理工作站) 樣品圖
目前團隊以柔性電極技術為核心,已完成全棧式科研設備的研發。預計全球柔性電極和腦機接口設備的科研市場將在5年內達到數十億人民幣。與此同時,團隊正在同步開展首款臨床應用的醫療器械產品研發。以柔性電極為核心的腦機設備在醫療領域的市場預估將在2040年達到數千億人民幣。
本項成果的神經電極產品相比市場上現有的其他神經電極有著明顯優勢。例如,神經元擬態柔性神經電極具備與神經元軸突尺寸相匹配的結構設計,擁有1×10-14 N/m²的極低彎曲剛度等優異力學特性。電極采用一體化預組裝設計,結合高標準的環氧滅菌包裝,實現即插即用,有效減少了手術前的消毒及操作準備時間。植入過程中,電極急性創傷小,且無外源輔助物引入,入口針尺寸低至50微米,進一步減少了植入傷口,動物恢復速度加快,同時保證了信號采集的及時性與準確性。電極植入后無長期免疫反應跡象,能夠穩定采集超過300天的神經電生理信號。該電極還具備多模態兼容性,能夠與光學成像、核磁共振成像等技術聯合使用,擴展了其應用領域和研究可能性。
本項目累積了清華大學和合作單位十余年的腦機接口技術突破,持續獲得了基金委、科技部、教育部、北京市等機構的數十項科研課題支持。樣機完成了大量的動物試驗驗證,并獲得了十余家機構的試用和認可。
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