摘要神經(jīng)接口技術(shù)正通過(guò)仿生策略革新生物電子界面設計，致力于提升設備與組織的兼容性與功能性。當前研究聚焦于將柔性材料與組織工程結合，在設備表面構建具有生物活性或含活細胞的動(dòng)態(tài)界面層，以此促進(jìn)生物組織的無(wú)縫整合并解鎖細胞調控的治療潛力。本文系統梳理了仿生電子學(xué)領(lǐng)域的最新進(jìn)展，涵蓋三大創(chuàng )新方向：1）類(lèi)組織柔性生物材料的開(kāi)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（含活體細胞）的構建。通過(guò)厘清關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)體系，重點(diǎn)解析了生物活性成分在縮小實(shí)驗室成果與臨床應用鴻溝中的核心作用，為下一代可實(shí)現長(cháng)期穩定整合、具備生物響應能力的智能神經(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(guò)侵入式與可穿戴技術(shù)實(shí)現對生理功能的精準監測與調控。

技術(shù)應用雙路徑：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活動(dòng)，推動(dòng)運動(dòng)恢復、假肢控制等突破性治療。

歷史與臨床轉化：自1998年首例人類(lèi)植入試驗至BrainGate猶他電極陣列應用，數十年間植入設備已衍生出ECoG癲癇監測、閉環(huán)感覺(jué)運動(dòng)接口等多元場(chǎng)景，并加速向臨床轉化。挑戰與未來(lái)方向：盡管技術(shù)革新顯著(zhù)，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。當前研究聚焦三大仿生策略——類(lèi)組織柔性電子、生物活性界面工程及生物雜交/全生命系統集成（見(jiàn)圖1），旨在實(shí)現植入體與宿主組織在結構與功能上的無(wú)縫融合，突破現有技術(shù)瓶頸。

仿生神經(jīng)接口和電子學(xué)通過(guò)優(yōu)化設計與材料選擇模擬目標組織的物理特性，實(shí)現靜態(tài)結構整合以降低炎癥反應和異物排斥（FBR），同時(shí)最小化植入物微動(dòng)引起的機械應變，并適配組織的形態(tài)與生化特性。其設計策略可分為幾何優(yōu)化（如超薄金屬/半導體結構降低抗彎剛度、三維網(wǎng)格與開(kāi)放界面增強組織整合、蛇形結構提升可拉伸性）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合材料）兩大類(lèi)。經(jīng)過(guò)長(cháng)期臨床前驗證，基于微電極的仿生神經(jīng)接口技術(shù)已進(jìn)入商業(yè)化臨床階段，典型代表包括Synchron的支架電極、Neuralink的柔性導線(xiàn)以及Precision Neuroscience的薄膜微皮層電圖網(wǎng)格，此外還有更多類(lèi)似系統處于臨床試驗推進(jìn)過(guò)程中。

將組織工程與生物電子學(xué)結合，通過(guò)構建集成宿主細胞的生物平臺可顯著(zhù)提升神經(jīng)界面的生物相容性與長(cháng)期整合性。早期生物混合策略聚焦于活細胞與電子器件的直接結合，例如1988年采用中空玻璃錐包裹金線(xiàn)并嵌入坐骨神經(jīng)片段的“錐形電極”，其通過(guò)促進(jìn)神經(jīng)突起長(cháng)入電極實(shí)現長(cháng)達15個(gè)月的穩定記錄，且后續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(cháng)而無(wú)膠質(zhì)瘢痕，證明細胞整合系統的優(yōu)越性遠超單純生物分子涂層。2002年開(kāi)發(fā)的“篩電極”首次將軸突生長(cháng)容器與微電極結合，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(shí)現了周?chē)窠?jīng)損傷后肌肉控制的恢復。近年來(lái)，該領(lǐng)域進(jìn)一步拓展為兩大方向：一是通過(guò)細胞外基質(zhì)（ECM）衍生生物分子修飾電極以增強細胞黏附，二是構建功能性載細胞水凝膠支架，例如在導電聚合物纖維表面直接培養神經(jīng)元并覆蓋瓊脂糖層固定網(wǎng)絡(luò )，形成機械順應性電極陣列；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)導管，實(shí)驗顯示植入體內2周即可誘導宿主軸突再生與血管化，為神經(jīng)修復提供新路徑。

術(shù)語(yǔ)“活體電子和接口”指完全由生物衍生材料與活細胞組成的系統，與生物混合設備不同，活細胞不僅提供生物界面層還充當設備內有源輸入/輸出端子，植入物與宿主組織間信息交換主要由活細胞記錄、轉導和調節，利用此方法可開(kāi)發(fā)用于中樞及外周神經(jīng)系統等體內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)元軸突替代其他導電材料作信號傳感器，將神經(jīng)元和軸突束包裹引導于水凝膠微柱中，可生物制造準備植入的活體組織工程醫療產(chǎn)品。

總結與展望

近年來(lái)，活體電極的概念在神經(jīng)系統疾病治療中得到了廣泛應用，其中微組織工程神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )（μTENNs）作為一種仿生長(cháng)距離神經(jīng)元通路的制造方法，自十年前首次引入以來(lái)，逐漸成為研究熱點(diǎn)。μTENNs由一個(gè)水凝膠微柱構成，微柱上接種的神經(jīng)元群體通過(guò)微柱內腔生長(cháng)出長(cháng)突軸突，形成基于軸突的活電極，作為與神經(jīng)系統通信的平臺技術(shù)，用于恢復損傷或神經(jīng)變性后失去的功能。盡管大多數研究集中在單個(gè)μTENNs的應用，但通過(guò)嵌套μTENNs，還可以構建3D多細胞生物電路。例如，背根神經(jīng)節感覺(jué)神經(jīng)元（DRG-SN）的雙向軸突生長(cháng)能夠支配皮質(zhì)神經(jīng)元和心肌細胞，展示了全生物神經(jīng)調節生物回路的可行性。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(jìn)一步凸顯了這些結構作為神經(jīng)研究生理相關(guān)體外平臺的潛力。