柔性脑-机接口材料设计及认知神经信号监测

20250923

科学研究和技术服务业

柔性脑-机接口材料技术处于实验室验证向中试过渡阶段，核心技术小批量制备稳定，经多次实验性能波动较小，20余人次健康志愿者测试中脑电采集均可以成功；工艺上，技术成熟且无有毒副产物；性能方面，阻抗变化较小，72小时佩戴无皮肤不良反应；转化阶段已获 1项发明专利实质审查，与多个医院和高校对接并完成脑电采集初代调试，同时启动运动功能障碍患者临床前验证。

本项目成本低廉，对场地要求不高，可以通过设备调试实现自动化生产，对人员需求较低。

可国（境）内外转让

带动脑-机接口医疗设备、柔性电子材料等产业链发展；能为运动功能障碍患者提供高精度康复辅助工具，助力改善百万级人群生活自理能力，减轻家庭照护负担，同时推动智能交互向残障友好型发展，提升特殊群体社会参与度，且国际领先的技术水平可增强我国在生物电子领域话语权，促进多学科交叉创新与人才培养。

北京市自然科学基金青年项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

一、科技成果来源 本成果源于北京市自然科学基金项目，围绕 “柔性脑-机接口材料设计及认知神经信号监测” 的研究，以多场景脑-机接口应用为目标，在项目资助周期内形成系统性成果。团队发表《Advanced Functional Materials》、《Advanced Science》等国际顶刊SCI论文4篇、申请发明专利1项；培养在读及毕业研究生4人，衍生1项重要科研项目，作为骨干参与 2 项重要科研项目，并获2项中国博士后科学基金资助。 二、技术原理 1. 材料设计核心逻辑：首创“生物质大分子- MXene 复合”技术路径，从原子结构调控、材料复合、三维结构构建到界面机制研究逐层设计。通过原子结构调控制备Mo??C、Ti??CNTx、Ti??C??等功能MXene材料，与石墨烯、氧化石墨烯复合优化电学性能；引入丝素蛋白、谷蛋白等生物质大分子，提升材料拉伸性与皮肤粘附性，解决传统电极性能单一问题。 2. 制备技术创新：首创双向冷冻法构建MXene三维骨架，灌注两性离子液体并热聚合，攻克柔性电极“黏附性与导电性难以兼顾”的行业难题，形成兼具低阻抗、高黏附、可拉伸特性的复合电极。 3. 界面机制支撑：系统探究生物质大分子种类/含量、离子类型/浓度对电极界面电化学的影响，建立“原子结构-电荷传输-信号检测”构效关系，通过理论计算（第一性原理）与实验结合，揭示MXene结构对电学性能的调控规律，为神经信号精准采集提供理论支撑。 三、关键性技术指标 1. 材料性能指标： ?? Mo??C与石墨烯复合后，电子态密度显著提升，电化学阻抗降至105 Ω量级； ?? Ti??C??Tx与氧化石墨烯复合并经退火封装后，电学稳定性达40天无性能损失，解决 MXene易氧化难题； ?? 复合电极具备优异汗液吸收能力与皮肤共形性，适配多场景人体信号监测。 2. 电极性能指标： ?? 界面阻抗优于传统柔性电极； ?? 拉伸应变超100%，可适应人体皮肤形变； ?? 粘附强度达9 kPa，确保长期佩戴稳定性； ?? 脑电信号信噪比提升至20dB，满足高精度认知神经信号采集需求。 四、应用前景 1. 医疗康复领域：可精准采集脑电信号，支撑瘫痪患者运动功能恢复辅助设备研发，还能用于认知神经调节、语言评估与训练，为神经系统疾病诊疗提供技术工具。 2. 智能交互领域：基于高信噪比信号检测能力，可实现脑电信号控制智能家居、智能穿戴设备等场景，推动人机交互向“自然化、高效化”升级。 3. 学科与产业价值：建立“材料设计-界面调控-神经信号检测”多学科协同体系（融合化学、材料科学、认知神经科学），推动研究范式从“经验试错制备”向“理论计算驱动精准创制”转型，为“纳米复合生物电子材料”独立学科分支奠定基础。依托已申请的发明专利，可与医疗设备企业、科研机构合作推进成果转化，契合北京市“十四五”脑机接口、新材料关键技术发展方向，助力我国在柔性生物电子领域保持国际领先地位。