检测到您的浏览器版本过低，可能导致某些功能无法正常使用，建议升级您的浏览器，或使用推荐浏览器 Google Chrome 、Edge、Firefox 。 X
脑机接口技术通过建立大脑与外部设备之间的直接信息通路，为脑功能解析、神经系统疾病诊疗以及神经康复工程提供了革命性手段。然而现有神经接口仍面临诸多技术瓶颈，包括单向功能导致的闭环调节能力缺失、刺激伪迹对记录信号的干扰、电极与弯曲脑组织界面的共形接触困难，以及单一模态信息采集难以全面反映脑状态等问题。
石墨烯作为一种兼具优异导电性、柔韧性和生物相容性的二维纳米材料，为解决上述挑战提供了全新的材料基础。近年来，国际研究团队围绕石墨烯脑机接口开展了大量创新性工作。本文介绍两项分别发表于Nature Communications和Chemical Engineering Journal的研究成果，两项研究共同展示了石墨烯在脑机接口领域从基础材料创新到系统级器件集成的多元化发展路径。
一、抗伪迹宽带宽双向石墨烯神经接口
神经接口的终极目标是实现与神经系统的双向通信。一方面需要高灵敏度地记录脑活动信号，另一方面需要高精度地施加电刺激以调节神经活动。目前用于帕金森病或癫痫等疾病的临床植入物大多是单向的，其电极基于固定参数工作，无法适应脑活动的动态变化，导致治疗缺乏特异性和适应性。并且，当记录和刺激功能集成在同一器件平台上时，刺激脉冲往往会产生强烈的电学伪迹，淹没或扭曲真实的神经信号，使得系统在刺激期间和刺激之后的一段时间内无法有效解读脑活动。这一难题长期困扰着双向神经接口的发展。
该研究由西班牙巴塞罗那微电子研究所（IMB-CNM）与加泰罗尼亚纳米科学与纳米技术研究所（ICN2）合作完成，研究成果发表于Nature Communications。
在记录端，器件采用石墨烯溶液栅控场效应晶体管（gSGFETs），用于脑活动监测。有源石墨烯晶体管技术能够扩展监测极低频脑活动的能力，并支持高密度神经接口的多路复用操作。在刺激端，器件采用纳米多孔还原氧化石墨烯（rGO）微电极，用于高电荷注入的局灶性刺激。研究团队利用可扩展的洁净室微纳加工技术，将这两种石墨烯基技术单片集成到完全柔性的神经探针中，充分利用它们在同一器件平台上的互补功能。
研究团队在盐水环境和活体小鼠中评估了混合器件的性能，特别关注刺激过程中晶体管的记录表现。结果表明，该双向神经接口的记录能力，包括超低频活动和局部场电位的监测，在刺激过程中没有受到损害。正如研究人员所说，该设备真正实现了边听边说。
该团队在石墨烯神经接口领域拥有长期技术积累。早在2019年，团队成员即推动成立了衍生公司INBRAIN Neuroelectronics，其核心业务是石墨烯神经接口的临床开发。此次研究是该系列技术的最新突破，公司目前已完成首个人体临床试验。
二、石墨烯修饰微针电极柔性阵列用于脑部生理信息多通道多模态记录
脑机接口技术通过电生理活动记录和神经递质动力学监测，为阐明脑机制、推进诊断和治疗方法提供了关键支持。基于微针电极的器件提供了一种穿透式接口，用于高保真、多位点信号采集。然而由于共形接触不充分和电极与组织界面阻抗偏高，现有微针阵列在高度折叠的皮层表面上面临局限。
该研究由中山大学、大连理工大学、中山大学附属第一医院以及广州米荣视医疗科技有限公司合作完成，研究成果发表于Chemical Engineering Journal。
研究团队开发了一种石墨烯修饰微针电极柔性阵列器件，该器件以柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯为基底。该器件通过T形微针的组装集成了多通道微针架构，石墨烯作为电子转移介体被修饰于电极表面。石墨烯功能化能够降低电极与组织之间的界面阻抗并改善电生理记录质量，同时增强器件在神经递质电化学检测中的灵敏度。得益于柔性基底的机械柔顺性，该器件能够与弯曲皮层表面紧密贴合，确保稳定的神经与电极之间界面。
为实现连续的活体信号采集和无线传输，研究团队进一步研发了信号采集电路，该电路包括模拟前端模块、通道切换模块、微控制单元和Wi-Fi模块，支持局部场电位和电化学信号的多通道采集。无线传输功能使设备能够用于自由活动动物的神经监测，避免线缆对动物行为的限制和由此引入的信号干扰。
体外实验结果表明，石墨烯与金复合的微针电极对多巴胺和五羟色胺具有良好的灵敏度和选择性。在活体实验中，该器件能够在多个位点记录外源性多巴胺和五羟色胺诱导的动态电化学信号过程。基于青霉素诱导的急性癫痫模型，该器件实现了可靠的多通道局部场电位信号采集，并清晰区分了清醒状态与癫痫状态之间的频段功率分布。该研究为集成电生理和神经化学接口提供了一个共形多通道平台，支持未来多模态脑机接口和活体神经监测的发展。
以上两项研究分别从双向闭环神经调节和多模态生理信息监测两个方向，展示了石墨烯在脑机接口领域的应用潜力。西班牙团队的晶体管与微电极单片集成方案实现了抗伪迹的双向通信，中山大学的柔性微针阵列则在同一平台上整合了电生理与电化学两种传感模态。两项研究共同表明，石墨烯材料与微纳加工技术的深度结合正在推动脑机接口从单一功能向集成化、智能化方向发展。
参考文献：
[1]A flexible graphene-based neural interface can 'speak and listen' to the brain[EB/OL].(2026-6-16) https://phys.org/news/2026-06-flexible-graphene-based-neural-interface.html
[2]Graphene-decorated microneedle electrode flexible array for multichannel and multimodal recording of physiological information in brain[EB/OL].(2026-6-10) https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894726056871
