脑机接口技术在神经疾病诊疗、人机交互及认知研究等领域展现出重要应用前景。然而，传统金属电极因机械刚性过高，难以与柔软的生物组织实现力学匹配，加之界面阻抗大、长期植入信号衰减明显等问题，限制了其在慢性神经接口中的应用。

针对上述挑战，清华大学深圳国际研究生院副教授徐晓敏团队与合作者近日在美国《国家科学院院刊》发表最新研究。他们基于界面渗流结构开发出超高导电水凝胶（CHIP），成功构建了厚度仅9微米的全有机超柔性脑皮层电极阵列，实现了低阻抗、高通量、长期稳定的神经信号记录。

该研究中，团队制备的CHIP水凝胶展现出了优异的电学性能，其面内电导率最高可达2512西门子每厘米，即使在高含水条件下仍能实现高效电荷传输。研究提出的界面渗流策略为高导电水凝胶的设计提供了全新思路。

CHIP水凝胶兼具力学柔顺性，其断裂伸长率约为124%，能够在反复形变条件下维持结构稳定。在电化学性能测试中，显示出了优异的电化学稳定性。

为解决水凝胶在湿润生理环境中的溶胀问题，研究团队提出了各向异性溶胀策略，有效抑制了吸水过程中的面内溶胀，从而控制了材料的结构畸变，实现了微米级精度的高保真图案化制备。

基于这一策略所制备的电极阵列，通道密度高达853通道每平方厘米，较已报道的水凝胶电极提升超过一个数量级。同时，该器件整体厚度仅约9微米，能够紧密贴合脑组织表面，显著降低由界面机械失配引起的应力集中。

为系统评估该全有机超柔性电极阵列的神经信号记录性能，研究结果表明，该电极能够稳定贴附于大鼠脑表面，高保真地采集神经电活动信号。在信号幅值、信噪比及频谱特征等关键指标上，均优于传统铂电极。该电极实现了对多个脑区神经活动的同步记录，能够清晰分辨出自发脑电信号与外界刺激诱发的神经响应，充分展示了其在复杂神经信息获取方面的优势。

在长期植入实验中，该全有机超柔性电极阵列在新西兰兔动物模型中实现了长达550天的稳定神经记录。在整个植入周期内，器件保持低阻抗界面与稳定的信号输出，能够高效捕捉脑电活动的动态变化，并用于解析不同神经状态与行为之间的关联。此外，长期植入后未见明显炎症反应或组织损伤，表明该体系具有优异的生物相容性与生物界面稳定性。

通过界面渗流机制的建立与器件集成创新，该研究成功突破了水凝胶材料在导电性、稳定性与可加工性之间的关键瓶颈，为构建高性能、全有机、长期安全稳定的脑机接口系统提供了全新解决方案。

相关论文信息：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2532840123