植入式微電極陣列（Implantable Microelectrode Arrays,MEAs）是腦機接口（BCI）、神經假體和神經科學研究的關鍵技術，能夠記錄或刺激神經元活動。近年來，隨著材料科學、微納加工和神經工程的進步，MEAs在分辨率、生物相容性和長期穩定性方面取得了顯著進展。


一、發展現狀


1.技術分類


目前主流的植入式微電極陣列主要分為：


剛性電極陣列（如Utah陣列、Michigan探針）


材料：硅、鎢、鉑/銥


特點：高信噪比，但長期植入易引發炎癥和膠質瘢痕


柔性電極陣列（如Neuropixels、高分子基電極）


材料：聚酰亞胺（PI）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、PEDOT:PSS


特點：減少組織損傷，但信號采集穩定性仍需優化


可降解/瞬態電極


材料：鎂、鋅、絲素蛋白


特點：短期植入后自然降解，避免二次手術取出


2.主要應用領域


臨床醫療


癱瘓患者的運動控制（如BrainGate、Blackrock Neurotech）


癲癇監測與干預（如NeuroPace RNS系統）


帕金森病深部腦刺激（DBS）


科學研究


神經環路解析（光遺傳學+MEA結合）


類腦器官（Brain Organoids）電生理監測


腦機接口（BCI）


馬斯克的Neuralink（柔性高密度電極）


Synchron（血管內電極，無需開顱）


3.當前挑戰


長期穩定性：膠質增生導致信號衰減


生物相容性：減少免疫排斥反應


高通道數：如何實現千通道以上高密度記錄


無線化&低功耗：長期植入的供能問題

二、未來機遇


1.材料創新


導電水凝膠：提高生物相容性


納米材料（如石墨烯、碳納米管）：增強信號采集靈敏度


自修復材料：延長電極壽命


2.制造技術突破


3D打印微電極：定制化神經接口


光刻&納米壓印：更高密度電極陣列


柔性電子集成：與生物組織共形貼合


3.新興應用場景


元宇宙交互：高帶寬BCI用于虛擬現實控制


智能假肢：實時神經信號反饋


神經調控治療：抑郁癥、阿爾茨海默病等


4.政策與資本推動


美國BRAIN計劃、中國腦計劃持續資助


Neuralink、Blackrock、Paradromics等公司融資活躍


三、結論


植入式微電極陣列正處于快速發展期，柔性化、高密度和長期穩定性是主要研究方向。未來5~10年，隨著材料、無線傳輸和AI解碼技術的進步，MEAs有望在醫療康復、腦機交互和神經科學研究中發揮更大作用，市場規模預計突破百億美元。