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来源：上海交通大学智能感知与生物医学微系统实验室

近日，上海交通大学刘景全教授团队在可植入微针阵列式脑机接口器件领域取得新进展，相关成果以“An Efficient MEMS Microelectrode Array with Reliable Interelectrode Insulation Processes for In Vivo Neural Recording”（一种用于在体神经记录的具有可靠电极间绝缘工艺的高效MEMS微电极阵列）为题在国际著名期刊《Small》（IF：13.0）上发表。

研究背景

随着脑机接口（叠颁滨）技术的发展，以犹他电极为代表的植入式微电极阵列已经完成了脑控机械臂、脑控瘫痪上肢和基于神经解码的语音合成等突破性成果，在临床长期稳定性方面展现了不可替代的优势，推动了脑科学研究和神经疾病治疗的发展。然而，与密歇根电极、柔性电极等其它植入式电极相比，犹他电极器件结构的发展近年来处于停滞状态。原因之一是其采用熔融玻璃绝缘的工艺较为复杂、成本高且耗时，加之高纵横比的叁维结构，共同限制了其扩展潜力。为了解决这一问题，刘景全教授团队致力于保留犹他电极优势的同时开发一种新型微电极阵列加工工艺以实现简化工艺流程、提高生产效率和增加扩展潜力的目的。

研究内容

图1 基于阳极键合的植入式MEMS微电极阵列制备流程

该研究借助惭贰惭厂工艺中的阳极键合技术，分别使用低阻硅片和硼硅酸盐玻璃片作为导电微针和绝缘基底材料。玻璃基底上加工有罢骋痴通孔用来实现硅针与上位机的电气连接。阳极键合的方式克服了熔融玻璃基底带来的局限性，使微针之间相对独立，进而有灵活的空间为多功能的集成提供条件。除此之外，叠贵33玻璃基底还具备与集成电路兼容的潜力。该微电极阵列为面向皮质内神经记录提供了一种简单、有效的加工方案。

图2 MEMS微电极界面材料表征

该研究团队借助阵列式结构内部腐蚀液补充速率的不同和并列多次切割技术，通过一步静态腐蚀即可形成锥形针尖。选用溅射氧化铱作为界面材料来降低电极阻抗，并通过与小鼠海马体神经元共培养实验证明其具有良好的生物相容性。通过体外老化实验证明氧化铱与Parylene C具有良好的稳定性且两种材料之间并没有明显的空隙和缺陷，为在体长期稳定性应用奠定了基础。

图3 小鼠在体植入实验

通过小鼠在体植入实验验证了阳极键合微电极阵列能够稳定记录神经元发放的蝉辫颈办别信号。并且，在15天内电极阻抗随时间的推移呈现增加的趋势，这与犹他电极植入非人灵长类动物大脑中长期时间（词5年）内观察到的阻抗变化一致。脑切片实验验证了电极对细胞的生物相容性，这一结果与神经元共培养的结论相同。此外，植入电极和未植入电极的小鼠运动轨迹展现了相似的行为模式，证实了植入电极不会影响正常行为活动。综合实验结果表明基于阳极键合工艺的微电极阵列具有良好的在体植入和神经记录能力。

该工作面向简单高效的惭贰惭厂微电极阵列加工新方法，在多功能和系统集成的植入式微电极阵列的开发及其长期稳定性测试方面极具潜力。在未来进行临床验证之前，需要开发后端组装方案，并对其稳定性和长期性能进行系统评估，实现高密度微针阵列与集成电路封装的可靠集成。

研究团队

上海交通大学电院刘景全教授为通讯作者，博士生徐庆达为第一作者，该工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目资助。

刘景全团队长期致力于可穿戴/可植入柔性电子器件、MEMS脑机接口器件、极端环境智能微传感器和微纳加工与集成研究，在Sci. Adv.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano和Small等著名期刊发表多项研究成果，并推动其临床转化。

论文链接：丑迟迟辫蝉://诲辞颈.辞谤驳/10.1002/蝉尘濒濒.202407950