柔性侵入式脑机接口器件植入，取得进展

柔性神经电极凭借优异的生物相容性与机械匹配性，被学界认为是实现长期稳定采集神经信号的理想选择。相较于传统刚性电极，柔性探针能有效减少脑组织损伤、抑制炎症反应、延长在体寿命。然而，由于自身刚度较低，这类探针在缺乏额外支撑的情况下难以穿透脑组织。因此，植入难题成为制约柔性电极推广应用的关键瓶颈。

针对上述问题，中国科学院半导体研究所研究员裴为华团队联合心理研究所研究员梁璟团队，研发出刚柔可调的“神经触手”式神经探针。该探针通过微型液压系统调控内部压力，能在插入阶段变得刚硬，并精准穿刺脑组织，且植入完成后可恢复柔软状态，以适应脑组织微环境。这一方案在无需借助硬质导入工具的情况下，实现了低损伤植入与长期高质量神经信号记录的双重目标。实验证实，相较于传统方法，该技术可显著降低急性损伤超74%、减轻慢性免疫反应约40%，且在小鼠长期在体记录中始终保持优异的神经元信号质量与信噪比，信号通道的功能性和单位数量均显著优于对照组。

神经触手设计的关键在于将微通道集成到典型的聚酰亚胺（PI）柔性探针中。与常见的三明治型聚酰亚胺探针（聚酰亚胺 - 金属 - 聚酰亚胺）相比，神经触手在绝缘层中间增加了一个微通道（聚酰亚胺 - 微通道 - 聚酰亚胺 - 金 - 聚酰亚胺）。在神经触手的后端，有一个供液体进入微通道的反向入口。液体注入装置通过管道与该入口相连，可将液体泵入探针并调节其内部压力。注入装置上安装了一个液体压力计，用于实时监测液体压力。

神经触手的布局如图所示。其探针柄长 8 毫米，足以覆盖小型啮齿动物的整个脑区。探针柄宽 210 微米，其中微通道宽 100 微米。探针前端有 8 个记录位点，每个位点直径为 15 微米，中心间距为 80 微米。金属导线位于微通道上方，所有记录位点均排列在探针柄的边缘。这种布局一方面是因为在边缘更容易捕获神经元信号，另一方面是为了避免过度蚀刻导致微通道破裂。在微通道边缘，金属导线设计为 S 形，以增强其抗拉伸能力，从而更好地适应探针在液体充入和排空过程中形态的变化。在神经触手的后端，液体入口与金属焊盘相互分离，以防止在后续操作中密封管道与建立电连接时可能出现的冲突。

微通道的制备是神经触手制造过程中最为重要的环节，它关系到制造难度、微通道的机械强度、探针厚度以及封装难度等多个方面。

研究团队提出了一种基于黏附力差异制造超薄微通道的创新工艺流程，采用反应离子刻蚀和疏水处理，在第一层聚酰亚胺（PI）上创建出具有不同黏附力的区域。当第二层聚酰亚胺固化时，高黏附力区域会相互结合，而低黏附力区域则形成微通道前体（即未开通且未功能化的微通道）。一旦神经触手完成封装，注入微通道前体的液体便可将其开通，从而形成微通道。基于这种方法制备的微通道，在未填充状态下体积极小，这大幅降低了探针的整体厚度。其制备过程易于实现，仅需使用制造聚酰亚胺基柔性探针时常用的材料和设备。

微通道前体形成后，神经触手的制造便采用与传统聚酰亚胺（PI）探针相同的工艺。由于微通道的存在，该器件包含三层聚酰亚胺。此处采用聚酰亚胺膜减薄方法，以将神经触手的整体厚度维持在与传统聚酰亚胺探针相同的水平。制备完成的神经触手总厚度约为 6.2 微米，其中顶层、中层和底层聚酰亚胺的厚度分别为 3.3 微米、0.9 微米和 2.0 微米，与设计的厚度高度匹配。

为便于微通道开通，探针末端预留了一个 “微台阶”（阶梯状微结构）。沿着微台阶底部，可用尖锐物体将聚酰亚胺（PI）层分开，从而形成微通道的入口（补充材料图 S3）。一根不锈钢管被插入微通道作为转接件，随后依次连接硅胶管和注射器头。所有接口均用紫外胶密封。在对液体通路进行封装的同时，神经触手也通过印刷电路板（PCB）和连接器完成了电学封装。

该研究为柔性电极实用化应用迈出了关键一步，并为下一代微创神经接口技术提供了新的解决方案。