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腦機(jī)接口技術(shù)在治療腦疾病、改善殘障人士的生活,以及最終增強(qiáng)和拓展腦功能等方面具有巨大潛力,是當(dāng)下全球腦科學(xué)前沿研究的重要工具,也是腦功能探索和腦疾病診治的核心關(guān)鍵技術(shù)。但傳統(tǒng)的諸如Neuralink所采用的侵入式技術(shù)路線,很容易產(chǎn)生免疫反應(yīng)和愈傷組織,不僅會(huì)對(duì)大腦深層造成損傷,長遠(yuǎn)也有可能影響電波信號(hào)質(zhì)量。

能否先從材料入手,改善腦機(jī)接口技術(shù)?中科院上海微系統(tǒng)所副所長陶虎教授一直致力于信息技術(shù)和生命科學(xué)的基礎(chǔ)前沿交叉研究,他率先將蠶絲從傳統(tǒng)紡織材料成功轉(zhuǎn)化為新型醫(yī)用和信息功能材料,不僅用在了腦機(jī)接口和植入式醫(yī)療器械,還同步研發(fā)仿生類的人工智能傳感器與芯片。

陶虎表示腦機(jī)接口技術(shù)的核心難點(diǎn)是怎樣可以最大限度地利用大腦,即怎么提高神經(jīng)信號(hào)帶寬,不管是采集還是刺激;同時(shí)做到最低限度地?fù)p傷大腦。作為國內(nèi)腦機(jī)接口、人工智能、微納傳感領(lǐng)域的權(quán)威專家,陶虎去年10月攜手中科大同學(xué)彭雷創(chuàng)立腦機(jī)接口公司腦虎科技,身兼首席科學(xué)家的陶虎主張采用半自動(dòng)微創(chuàng)植入柔性電極的手段,創(chuàng)口和損傷相比Neuralink都更小。他采用中國傳統(tǒng)材料蠶絲蛋白把電極柔軟的表面固化,方便植入,當(dāng)植入完成后,蠶絲蛋白便會(huì)溶解,逐漸恢復(fù)之前的柔軟,不僅如此,并且與大腦組織的排異反應(yīng)也較小,安全程度明顯超過Neuralink。

陶虎團(tuán)隊(duì)開發(fā)出的“免開顱微創(chuàng)植入式高通量柔性腦機(jī)接口系統(tǒng)”,目前已成功應(yīng)用于鼠、兔、猴等多種動(dòng)物模型。2022年初成立不到3個(gè)月的腦虎科技,成功獲得盛大和紅杉中國種子基金投資認(rèn)可,完成近億元的融資規(guī)模。

前不久,陶虎團(tuán)隊(duì)繼2020年研制出全球首款可重復(fù)擦寫“蠶絲硬盤”后,再次創(chuàng)新性地開發(fā)出基于蠶絲蛋白的多層級(jí)可植入瞬態(tài)存儲(chǔ)器,相關(guān)成果成功發(fā)表于《先進(jìn)材料》。瞬態(tài)可溶存儲(chǔ)器是柔性電子與可植入器件中的重要組成部分和信息存儲(chǔ)媒介,器件在實(shí)現(xiàn)可控降解的同時(shí),還具備穩(wěn)定的存儲(chǔ)和加密功能。此次的新型植入式瞬態(tài)可溶蠶絲蛋白存儲(chǔ)器,采用了全新結(jié)構(gòu),將阻變憶阻器、太赫茲超材料、光學(xué)衍射元件3種不同信息類型的存儲(chǔ)單元,通過工藝優(yōu)化實(shí)現(xiàn)垂直高密度集成,實(shí)現(xiàn)單器件上電學(xué)、電磁和光學(xué)信息的同步穩(wěn)定存儲(chǔ)。

得益于蠶絲蛋白的成膜均勻性和精準(zhǔn)可控降解能力,存儲(chǔ)器信息誤讀率低、魯棒性強(qiáng),滿足了多模態(tài)信息存儲(chǔ)和高穩(wěn)定性存儲(chǔ)的要求。在此基礎(chǔ)上,科研人員還開展了小鼠皮下植入實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步驗(yàn)證了瞬態(tài)存儲(chǔ)器在體內(nèi)逐層降解的可行性與生物安全性,證明蠶絲蛋白不會(huì)引起組織免疫反應(yīng)。陶虎表示,這預(yù)示著新型多層級(jí)瞬態(tài)可溶存儲(chǔ)器將在植入式器件和芯片、生物體內(nèi)信息存儲(chǔ)與生物電子標(biāo)簽等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

腦機(jī)接口技術(shù)的研發(fā)需要大量的資金投入和昂貴的技術(shù)設(shè)備支持。腦虎科技依托上海微系統(tǒng)所強(qiáng)大的科研背景及前瞻戰(zhàn)略布局,在侵入式腦機(jī)接口領(lǐng)域已經(jīng)完成了核心技術(shù)突破以及關(guān)鍵器件制造。