近日，中国科学院深圳先进技术研究院（简称“深圳先进院”）医工所微纳系统与仿生医学研究中心吴天准研究员团队在材料领域期刊Materials Today Communications 与Nano Select分别发表题为Recent advancement of electrocorticography (ECoG) electrodes for chronic neural recording/stimulation （用于慢性神经记录/刺激的皮质电图（ECoG）电极的最新进展）和Think Big, See Small--A Review of Nanomaterials for Neural Interfaces（以小见大——用于神经界面的纳米材料）的综述论文。 

　　在神经科学和生物医学领域，植入式电极因为能记录高质量神经信号，为疾病诊断和治疗提供了更大可能性。微纳技术和材料科学的结合在近年来取得了许多突破，在减少微动、减轻侵袭、优化器件形状尺寸、减少界面感染、改善生物相容性，以及整合复杂的电子器件，记录神经信号等各种应用层面作出了卓越贡献。 

　　两篇综述都围绕神经接口展开了细致的讨论。其中第一篇综述侧重于ECoG电极，内容涉及电极材料的选择、电极配置、神经信号的分类和慢性植入等问题，并对ECoG电极在电学特性、机械稳定性、生物相容性方面面临的机遇和挑战作出展望。团队成员Alahi 博士为论文第一作者，深圳先进院吴天准研究员和王昊副研究员为共同通讯作者。在本综述中，首先介绍了脑机接口（BCI）的特性和应用，引入神经电极，又按照侵入性对电极进行了分类和介绍。文中进一步指出，如何减少神经电极植入时遇到的问题是目前神经工程面临的主要挑战，从微纳技术和材料科学的角度理解ECoG电极能够有效解决这一问题。例如将对二甲苯、聚酰亚胺等柔性基底材料与ECoG电极结合，能够克服刚性电极的限制，达到与神经组织相似的机械性能，缓解慢性炎症；将导电金属、导电聚合物等不同材料应用于ECoG电极，结合表面修饰等技术，在增大比表面积、提高刺激分辨率、提高电荷注入能力等方面展现出巨大优势。论文总结指出，ECoG电极的未来发展应该关注其低阻抗、高传导的电性能，机械性能和生物相容性几部分，并指出推进纳米加工技术、提高单一神经元记录水平、实现电极多功能记录的整合将是解决问题的方向。该综述对进一步开发先进的ECoG电极和BCI设备具有指导意义。 

　　第二篇综述则侧重从纳米技术的角度理解新一代神经接口。从纳米涂层材料与基于微纳米制备工艺的器件两方面入手，论述其在实现神经接口精准刺激、长期植入等功能方面的潜力。深圳先进院李骁健高级工程师和曾齐助理研究员为论文第一作者，深圳先进院吴天准研究员为通讯作者。本文首先从材料和器件两方面阐述了现有神经接口面临的问题，后描述了纳米材料和纳米器件的优势，以及如何利用它们突破现有技术瓶颈。例如利用纳米材料对植入物进行修饰可以提高生物相容性、实现和生物结构之间的无缝集成、解决传统金属材料面临的电荷注入与阻抗问题等，且纳米器件在小型化方面拥有绝对优势。后分别展开讨论了零维纳米材料、多维金属纳米材料、碳基纳米材料与纳米器件在光、电刺激/记录方面的应用，并对其发展做出展望。 

　　研究团队前期在微电极和表界面修饰方向取得了重要进展，主要成果包括利用形状记忆聚合物制备具有自折叠能力的柔性微电极阵列（Advanced Materials Technologies 2019, 4 (11), 1900566.）、通过电泳沉积获得高性能硅基涂层（ACS Applied Materials & Interfaces 2019, 11 (27), 24308-24317）、利用聚多巴胺-二氧化钛涂层进行表面修饰降低柔性电极阻抗（ACS Applied Materials & Interfaces 2020, 12 (12), 14495-14506.）、利用3D氧化铱/铂纳米复合材料涂层增强电极电荷存储量（Advanced Materials Interfaces 2019, 6 (18), 1900356.）、利用铂金纳米线在聚多巴胺上原位生长以提高电极机械性能（iEEE Sensors Journal, vol. 21, no. 20, pp. 22868-22877, 15 Oct.15, 2021）等，为两篇综述提供了一定的理论支持。例如课题组代表性成果3D氧化铱/铂纳米复合材料涂层，利用可控的三维(3D)纳米晶铂(Pt)作为中间层电沉积在微电极上，后在粗糙表面附着氧化铱纳米颗粒，制备出高性能的氧化铱/铂复合涂层。均匀的花状涂层在1 kHz时阻抗为2.01 kΩ，降低了94.52%。其阴极CSC (CSCc)高达200.64 mccm2，分别是纳米Pt、IrOx和Pt的2倍、17.51倍和56.18倍。该成果为电化学与神经接口的结合开辟了新道路，证明了纳米材料在神经接口领域的应用潜力。 

　　研究得到了国家自然科学基金、深圳市科技创新委员会等基金的支持。 

　　论文链接 

　　图. A) 摘自Recent advancement of electrocorticography (ECoG) electrodes for chronic neural recording/stimulation：（圆圈内）人体不同部位常用的神经假体装置示意图，如皮质假体、脊髓假体、周围神经假体，以及中枢神经系统和周围神经系统植入技术。(圆圈外)各假体关键参数，如(a)生物相容性和毒性;(b)能量收集;(c)机械灵活性;(d)电、磁、光刺激;(e)数据处理;(f)生物集成；(g)小型化；B) 摘自Think Big, See Small--A Review of Nanomaterials for Neural Interfaces；C) 团队代表性成果3D氧化铱/铂纳米复合材料涂层：不同恒定电位值下沉积的花状Pt薄膜的SEM图像（a-e) 及其放大图（a’-e’）