大连理工大学《Nature Communications》发表颠覆性成果：能够自支撑的亚微米皮层电极！

亚微米厚的皮层电极如何兼顾自支撑与共形贴合

亚微米厚的皮层电极，薄到足以与大脑表面复杂的沟回结构实现共形贴合，但也会自发地卷曲或产生褶皱，难以完成后续的操作和植入。怎样让它既柔软，又能自支撑？大连理工大学团队从蜻蜓翅膀中找到了答案。

2026年9月8日，大连理工大学刘军山研究员、吴梦希教授、李宜副教授联合大连医科大学附属第二医院尹剑教授在国际学术期刊《Nature Communications》发表题为“A freestanding submicron electrocorticography electrode array”的研究论文。研究团队借鉴蜻蜓翅膀“翅膜—翅脉”的复合结构，研制出一种能够自支撑的亚微米皮层电极阵列（fs-EEA）：850纳米厚的功能区域负责共形贴合，10微米厚的脉络状框架提供机械支撑。该设计在不使用临时支撑材料的情况下，实现了器件的操作和植入，并在癫痫大鼠中实现了高质量的脑电信号记录。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-026-77707-6

越薄越贴合但也越难操作

皮层电极直接贴覆在大脑皮层表面，可用于记录和调控大范围神经电活动，在脑功能研究、癫痫灶定位和神经疾病诊疗中具有重要价值。电极越薄，弯曲刚度越低，越容易顺应大脑表面的起伏和沟回结构；但随着厚度的减小，器件也更容易在制备、转移和植入过程中产生卷曲甚至损伤。柔性有利于共形贴合，而刚性则是器件保持展开并完成操作的基础，两种需求难以同时满足。

已有研究曾利用可溶性蚕丝蛋白等临时支撑材料辅助皮层电极植入，但工艺通常需要额外的转印与溶解步骤，也会在转印过程中引入接触应力。采用二维材料构建皮层电极能够进一步降低器件厚度，但其制备往往涉及化学气相沉积和多次转印等步骤。研究团队因此希望在常用软材料和微纳加工体系内，从结构设计出发解决这一矛盾。

从蜻蜓翅膀获得结构灵感

蜻蜓翅膀由轻薄的翅膜和网状翅脉组成。翅膜保持轻盈和柔性，较厚的翅脉则构成支撑网络，防止翅膀屈曲失稳。受此启发，研究团队将皮层电极划分为两部分：膜状功能区由300纳米厚的聚酰亚胺基底、150纳米厚的金电极层和400纳米厚的聚酰亚胺封装层构成，总厚度仅850纳米；功能区外围引入10微米厚的聚酰亚胺支撑层，使器件在转印过程中仍可保持自支撑。

图1. fs-EEA的结构设计. a) fs-EEA的结构和功能示意图; b) 厚度对共形性能的仿真分析; c) 翅脉结构对自支撑性能的仿真分析; d) fs-EEA实物照片及操作过程.

亚微米功能区深入脑沟

研究团队首先在离体大鼠脑组织上比较了fs-EEA与10微米厚的皮层电极的贴合效果。相机照片和激光共聚焦三维形貌显示，fs-EEA能够顺应大脑表面的复杂形貌，即使在位于左右半球之间的大脑纵裂处，仍能实现良好的共形贴合；相比之下，10微米厚的皮层电极则“跨”在左右半球上方，在大脑纵裂处留下明显间隙。对多个截面的形貌参数进行统计后，贴附fs-EEA后的大鼠脑表面形貌与原始大鼠脑表面形貌无显著差异，而贴附10微米厚皮层电极后的形貌参数在大脑纵裂处表现出显著差异。

图2.fs-EEA在离体大鼠大脑表面的共形性表征. a) 共形性表征流程示意图; b) 电极贴附大鼠大脑照片; c) 大鼠大脑表面原始三维形貌; d) 贴附fs-EEA后的大鼠大脑表面的三维形貌; e) 贴附10微米厚皮层电极后的大鼠大脑表面的三维形貌; f)三组样本在不同截面处的轮廓高度; g)三组样本在同一截面处的轮廓高度对比; h) 共形性指标对比分析

信号质量和生物相容性同步

研究团队进一步将植入了fs-EEA的三只大鼠的信号结果与植入了10微米厚皮层电极的三只大鼠的信号结果进行了比较。fs-EEA记录到的信号质量显著高于对照组，尤其在靠近大脑纵裂的通道中，fs-EEA仍能记录到较高幅值的信号，而10微米厚的皮层电极因共形性较差出现部分通道失效的现象。进一步的免疫组化结果显示，fs-EEA引发的神经炎症和对神经元的损伤相对更小。这些结果说明，降低皮层电极厚度能够改善界面贴合效果，有助于提升信号记录质量和生物相容性。

图3.fs-EEA和10微米厚皮层电极采集的脑电信号质量和生物相容性对比. a)皮层电极植入示意图; b-c)皮层电极植入照片; d)脑电信号幅值对比; e-g)‌大脑半球间沟区脑电信号对比; h)信噪比对比; i)阻抗对比; j)10微米厚皮层电极的通道良率; k)生物相容性对比.

让大面积超薄神经界面更容易制造和植入

这项工作以“薄膜负责贴合、框架负责支撑”的方式，为软材料皮层电极提供了一条兼顾亚微米厚度与可操作性的结构路径。研究团队指出，未来可将单一框架扩展为优化排列的脉络网络，以支撑更大面积的亚微米功能膜；也可通过调整旋涂参数、材料配方或更换基底材料，进一步向纳米级厚度推进。相关策略有望为跨脑区皮层信号测绘、脑机接口和神经疾病研究提供新的器件基础。

作者与团队

本论文的共同第一作者为大连理工大学博士生王楚超与刘泽汉、大连医科大学博士生张武豪和大连理工大学硕士生杨冉，通讯作者为大连理工大学李宜副教授、大连医科大学附属第二医院尹剑教授、大连理工大学吴梦希教授和刘军山研究员。论文合作者包括大连理工大学医学部基础医学院陆珊珊助理教授、大连医科大学附属第二医院王冠宇副主任医师等。论文工作还得到了浙江大学张韶岷教授和大连理工大学刘海龙副教授的指导和帮助。研究得到了教育部学科突破先导项目、辽宁省兴辽英才计划、大连市科技创新基金和大连理工大学医工交叉项目的资助。

本文来自“材料科学与工程”公众号，感谢论文团队支持。

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