Nature | 刘志远/徐天添/韩飞/严威合作开发新一代脑机接口功能电极

摘要：在脑机接口等神经接口系统中，电极是连接电子设备和生物神经系统的核心界面传感器，是脑机接口中“接口”的核心所在。然而，当前植入式电极均是“静态”的，植入后只能“固定位置、局限采集”，还在免疫反应中“被动挨打”乃至传导失效，严重制约了脑机接口的应用和未来发展。

在脑机接口等神经接口系统中，电极是连接电子设备和生物神经系统的核心界面传感器，是脑机接口中“接口”的核心所在。然而，当前植入式电极均是“静态”的，植入后只能“固定位置、局限采集”，还在免疫反应中“被动挨打”乃至传导失效，严重制约了脑机接口的应用和未来发展。

2025年9月17日，中国科学院深圳先进技术研究院的刘志远研究员、徐天添研究员、韩飞副研究员和东华大学严威教授合作在Nature上发表了文章“A movable long-term implantable soft microfibre for dynamic bioelectronics”，突破性地解决了这一难题。受蚯蚓在土壤中灵活运动和分段感知能力的启发，研究人员成功开发出名为神经蠕虫“NeuroWorm”的柔性、可驱动、可长期植入的纤维电极。这项技术标志着生物电子接口（脑机接口、人机接口）从静态走向动态、从被动记录走向主动智能探测的范式转变。

图1 | NeuroWorm的制备方法及实物图

NeuroWorm的核心创新在于其独特的结构和制备工艺。研究团队通过精巧电极结构设计和卷曲技术，将制备在超薄柔性聚合物上的二维电极阵列卷曲成一根直径仅约200微米的纤维。这根纤细的“NeuroWorm”沿轴向集成了多达60个独立的生物电信号采集通道，宛如一条高度集成的微型传感“高速公路”。值得一提的是，研究人员在纤维头部嵌入了一个微小的磁控单元，使得植入后的NeuroWorm能够在外部磁场的引导下，像真正的蚯蚓一样在脑组织或肌肉上等软组织中主动前行、转向，精准抵达目标区域进行动态监测。

图2 | NeuroWorm的60通道监测能力以及在大脑、肌肉上的可控运动性

这项技术还展示了NeuroWorm在肌肉上的主动游走能力。研究团队通过一个仅0.5厘米的微小切口将其植入大鼠皮下，随后利用外部磁场，成功控制其在肌肉表面每日进行可控的迁移。X射线影像清晰记录下了这一仿生运动过程：如同一只微型的仿生蠕虫，NeuroWorm在肌肉与筋膜之间自如地穿梭。在植入后的7天里，它能够在不同位置间移动，并同步记录下所有通道清晰、稳定的肌电信号，真正实现了“哪里需要测哪里”的动态精准监测。

图3 | NeuroWorm在兔子大脑内可控运动的同时监测多通道局部场电位信号，以及在长达7天的过程中，NeuroWorm在大鼠骨骼肌上运动（电极位置和形态在外部磁场的操控下进行变换），同时监测肌电信号

另外，单根NeuroWorm被长期植入大鼠腿部肌肉超过43周，持续稳定地记录着肌电信号，而其引起的纤维化包裹厚度却不足23微米，远低于传统刚性电极的451微米，显示出优异的生物相容性和长期稳定性。在兔子大脑中，它同样被成功操控，在皮层表面和皮层下区域自如移动，同步采集到了高质量皮层脑电图和不同脑区的局部场电位信号。

这项技术的意义远不止于动物实验。它为解决长期临床植入难题提供了全新的思路：医生未来或许无需再为电极的轻微错位或目标漂移而烦恼，通过无创的体外磁控即可实现体内设备的精准复位。对于需要多靶点、长时程神经信号监测的领域，如脑机接口、智能假肢控制、癫痫病灶定位或慢性神经疾病管理等，NeuroWorm平台提供了一种更灵活、更微创且更智能的解决方案。

这项工作是材料科学、电子工程、生物医学和机器人技术深度融合的典范。它不仅展示了一个先进的生物电子器件，更开创了一类全新的“可动植入式电子”范式，为未来生物电子设备走向主动化、智能化和长效化奠定了坚实的基础。

中国科学院深圳先进技术研究院的刘志远研究员、徐天添研究员、韩飞副研究员和东华大学严威教授为该论文通讯作者。厦门大学助理教授谢瑞杰（原刘志远团队博士后）、深圳先进院副研究员韩飞、研究助理余潜衡远、李冬（徐天添研究员博士生）为该论文共同第一作者。深圳先进院为论文第一单位，研究工作得到郑海荣院士、朱美芳院士、李光林老师的帮助与支持。

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