摘要神經(jīng)接口技術(shù)正通過仿生策略革新生物電子界面設(shè)計，致力于提升設(shè)備與組織的兼容性與功能性。當(dāng)前研究聚焦于將柔性材料與組織工程結(jié)合，在設(shè)備表面構(gòu)建具有生物活性或含活細(xì)胞的動態(tài)界面層，以此促進生物組織的無縫整合并解鎖細(xì)胞調(diào)控的治療潛力。本文系統(tǒng)梳理了仿生電子學(xué)領(lǐng)域的最新進展，涵蓋三大創(chuàng)新方向：1）類組織柔性生物材料的開發(fā)；2）表面生物活性功能化涂層的優(yōu)化；3）生物雜交界面（含生物組分）與全生命界面（含活體細(xì)胞）的構(gòu)建。通過厘清關(guān)鍵術(shù)語體系，重點解析了生物活性成分在縮小實驗室成果與臨床應(yīng)用鴻溝中的核心作用，為下一代可實現(xiàn)長期穩(wěn)定整合、具備生物響應(yīng)能力的智能神經(jīng)接口指明發(fā)展方向。

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神經(jīng)電子學(xué)的快速發(fā)展正重塑疾病診療體系，通過侵入式與可穿戴技術(shù)實現(xiàn)對生理功能的精準(zhǔn)監(jiān)測與調(diào)控。

技術(shù)應(yīng)用雙路徑：非侵入式技術(shù)（如頭皮腦電圖EEG）憑借低成本、安全性成為癲癇、帕金森等神經(jīng)疾病的核心診斷工具，但受限于低頻信號采集；侵入式技術(shù)（如腦機接口BCI、深部腦刺激DBS）則突破空間限制，支持高帶寬記錄深部腦區(qū)活動，推動運動恢復(fù)、假肢控制等突破性治療。

歷史與臨床轉(zhuǎn)化：自1998年首例人類植入試驗至BrainGate猶他電極陣列應(yīng)用，數(shù)十年間植入設(shè)備已衍生出ECoG癲癇監(jiān)測、閉環(huán)感覺運動接口等多元場景，并加速向臨床轉(zhuǎn)化。挑戰(zhàn)與未來方向：盡管技術(shù)革新顯著，電子器件與生物組織間的物性差異仍制約植入體功能與壽命。當(dāng)前研究聚焦三大仿生策略——類組織柔性電子、生物活性界面工程及生物雜交/全生命系統(tǒng)集成（見圖1），旨在實現(xiàn)植入體與宿主組織在結(jié)構(gòu)與功能上的無縫融合，突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸。

仿生神經(jīng)接口和電子學(xué)通過優(yōu)化設(shè)計與材料選擇模擬目標(biāo)組織的物理特性，實現(xiàn)靜態(tài)結(jié)構(gòu)整合以降低炎癥反應(yīng)和異物排斥（FBR），同時最小化植入物微動引起的機械應(yīng)變，并適配組織的形態(tài)與生化特性。其設(shè)計策略可分為幾何優(yōu)化（如超薄金屬/半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)降低抗彎剛度、三維網(wǎng)格與開放界面增強組織整合、蛇形結(jié)構(gòu)提升可拉伸性）和材料創(chuàng)新（包括柔性聚合物、水凝膠、低密度納米材料及納米復(fù)合材料）兩大類。經(jīng)過長期臨床前驗證，基于微電極的仿生神經(jīng)接口技術(shù)已進入商業(yè)化臨床階段，典型代表包括Synchron的支架電極、Neuralink的柔性導(dǎo)線以及Precision Neuroscience的薄膜微皮層電圖網(wǎng)格，此外還有更多類似系統(tǒng)處于臨床試驗推進過程中。

將組織工程與生物電子學(xué)結(jié)合，通過構(gòu)建集成宿主細(xì)胞的生物平臺可顯著提升神經(jīng)界面的生物相容性與長期整合性。早期生物混合策略聚焦于活細(xì)胞與電子器件的直接結(jié)合，例如1988年采用中空玻璃錐包裹金線并嵌入坐骨神經(jīng)片段的“錐形電極”，其通過促進神經(jīng)突起長入電極實現(xiàn)長達(dá)15個月的穩(wěn)定記錄，且后續(xù)人體臨床試驗顯示植入13年后電極尖端仍存在神經(jīng)生長而無膠質(zhì)瘢痕，證明細(xì)胞整合系統(tǒng)的優(yōu)越性遠(yuǎn)超單純生物分子涂層。2002年開發(fā)的“篩電極”首次將軸突生長容器與微電極結(jié)合，利用生物混合裝置中的軸突作為電極與肌肉間的信號中繼，實現(xiàn)了周圍神經(jīng)損傷后肌肉控制的恢復(fù)。近年來，該領(lǐng)域進一步拓展為兩大方向：一是通過細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）衍生生物分子修飾電極以增強細(xì)胞黏附，二是構(gòu)建功能性載細(xì)胞水凝膠支架，例如在導(dǎo)電聚合物纖維表面直接培養(yǎng)神經(jīng)元并覆蓋瓊脂糖層固定網(wǎng)絡(luò)，形成機械順應(yīng)性電極陣列；或在柔性微電極陣列上鋪展工程化軸突束，嵌入瓊脂糖基質(zhì)后植入神經(jīng)導(dǎo)管，實驗顯示植入體內(nèi)2周即可誘導(dǎo)宿主軸突再生與血管化，為神經(jīng)修復(fù)提供新路徑。

術(shù)語“活體電子和接口”指完全由生物衍生材料與活細(xì)胞組成的系統(tǒng)，與生物混合設(shè)備不同，活細(xì)胞不僅提供生物界面層還充當(dāng)設(shè)備內(nèi)有源輸入/輸出端子，植入物與宿主組織間信息交換主要由活細(xì)胞記錄、轉(zhuǎn)導(dǎo)和調(diào)節(jié)，利用此方法可開發(fā)用于中樞及外周神經(jīng)系統(tǒng)等體內(nèi)電活性組織雙向通信的所有活體電極，基本原理是用神經(jīng)元軸突替代其他導(dǎo)電材料作信號傳感器，將神經(jīng)元和軸突束包裹引導(dǎo)于水凝膠微柱中，可生物制造準(zhǔn)備植入的活體組織工程醫(yī)療產(chǎn)品。

總結(jié)與展望

近年來，活體電極的概念在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中得到了廣泛應(yīng)用，其中微組織工程神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（μTENNs）作為一種仿生長距離神經(jīng)元通路的制造方法，自十年前首次引入以來，逐漸成為研究熱點。μTENNs由一個水凝膠微柱構(gòu)成，微柱上接種的神經(jīng)元群體通過微柱內(nèi)腔生長出長突軸突，形成基于軸突的活電極，作為與神經(jīng)系統(tǒng)通信的平臺技術(shù)，用于恢復(fù)損傷或神經(jīng)變性后失去的功能。盡管大多數(shù)研究集中在單個μTENNs的應(yīng)用，但通過嵌套μTENNs，還可以構(gòu)建3D多細(xì)胞生物電路。例如，背根神經(jīng)節(jié)感覺神經(jīng)元（DRG-SN）的雙向軸突生長能夠支配皮質(zhì)神經(jīng)元和心肌細(xì)胞，展示了全生物神經(jīng)調(diào)節(jié)生物回路的可行性。此外，鈣熒光成像技術(shù)被用于評估3D組織工程軸突束的功能連接，進一步凸顯了這些結(jié)構(gòu)作為神經(jīng)研究生理相關(guān)體外平臺的潛力。