2026年4月18日，来自宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了一种3D打印软脑电极的方法，电极形状与个体患者独特的表面几何形状相匹配，目的是改善神经退行性疾病的神经监测。
研究成果以题为“3D-Printable, Honeycomb-InspiredTissue-Like
Bioelectrodes for Patient-Specific Neural
Interface”的论文发表在《先进材料》杂志上，旨在解决神经接口技术中一个常见且持续存在的局限性：标准生物电极由刚性材料制成，形状通用，无法适应大脑高度可变的表面拓扑结构。
大脑外表面通过一种称为脑回形成的过程发生折叠，形成称为脑回的隆起和称为脑沟的凹槽。虽然主要的皮层褶皱在个体间基本一致，但具体排列方式却因人而异，而传统的电极设计无法解释这种差异。
△用于脑电图（ECoG）记录的个性化HiPGE的概述和设计
宾夕法尼亚州立大学沃姆利家族早期职业教授、工程科学与力学系助理教授、该论文的通讯作者周涛解释说：“每个人的大脑结构都不同，这取决于他们的身高、体重、年龄、性别等等。尽管如此，我们仍然试图将神经接口适配到结构完全相同的大脑上。这促使我们根据每个人的大脑结构，为其量身定制电极。”
制造工艺和材料选择
研究团队主要采用水凝胶材料制造电极，以尽可能地模拟脑组织的力学特性。他们采用了一种类似蜂窝结构的几何形状，在保证电极柔韧性和结构强度的同时，最大限度地减少了生产时间和材料用量。
周教授表示：“蜂窝结构有助于我们显著降低电极的刚度，同时又不牺牲机械强度。此外，这种结构还有助于我们减少制造过程中使用的材料总量，从而缩短生产时间、降低成本并减少对环境的影响。”生产流程始于核磁共振扫描，扫描结果用于有限元分析，从而生成患者神经结构的详细模拟模型。随后，软件会生成定制的电极模型，并采用直接喷墨印刷技术进行打印——这项技术能够制造出在相对较小的表面积上即可监测和传输脑信号的电极。
研究团队利用21名患者的MRI数据，通过3D打印技术制作了脑模型，并实际测量了电极与各脑表面的贴合程度。结果表明，水凝胶电极展现出近乎完美的电连接性，并且与较硬的电极不同，它们不会损伤柔软的脑组织。在为期28天的鼠模型试验中，这些电极未引起免疫反应，并始终保持稳定的性能。
周教授表示：“根据大脑的具体结构定制电极可以显著提高可靠性。由于电极能更好地贴合大脑，信号质量本身也得到了显著改善。”研究团队目前计划将研究成果应用于临床。周教授说：“我们希望进一步改进这项技术，优化电极以监测特定疾病。未来，我们非常希望与患者合作，探索这种方法如何在临床环境中支持脑部监测和疾病治疗。”
来源：南极熊
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