传统脑电采集设备笨重、依赖导电胶、容易受干扰，而脑机接口（BCI）技术如果想真正走入日常生活，必须从“脑电贴”的源头做出革新。近日，清华大学生物医学工程学院刘冉研究员团队与高小榕教授团队在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊发表了一项重要成果：他们开发出一种基于 MXene 的微针电极（Microneedle Electrode），不仅能在复杂环境中高质量采集脑电信号，还兼具无凝胶、可穿戴、高兼容等优点。这种新型电极的出现，为BCI设备进入“日用化”铺平了道路。

01 INTRODUCTION

一种更聪明的“脑贴”

传统脑电图（EEG）设备普遍使用凝胶湿电极，尽管信号质量稳定，但存在使用繁琐、皮肤刺激、易干扰等问题。近年来，干电极逐渐成为替代方向，但如何兼顾舒适性、信号质量与佩戴便捷，一直是材料科学和神经工程领域难以攻克的痛点。

本研究团队选用了 MXene（一类二维碳化物材料）作为导电核心，并结合微针结构，设计出一种面积仅为 1 平方毫米的干式 EEG 电极。MXene 以其卓越的导电性、柔性和生物兼容性在近年来受到广泛关注，而微针阵列则使电极能够“轻穿”皮肤表层角质层，无需剃发、无需凝胶涂抹，即可获得低阻抗、高信噪比的脑电信号。这种结构不仅大大提升了电极与头皮的接触稳定性，也使其具备抗移动、耐汗水、可重复使用等优势。

02 METHOD

工艺与测试：不仅轻巧，还能上 MRI 和高铁

为了验证电极的综合性能，研究人员从多个层面开展实验测试，涵盖材料性能、生理信号采集表现、生物兼容性及磁共振兼容性。

首先，在电极制备方面，研究者采用微模压与水凝胶载体技术，使微针阵列在保持穿刺能力的同时，又具备良好的柔软性，避免对皮肤造成伤害。表面则采用 MXene 材料处理，使其导电层厚度可控，兼具结构稳定与高信号捕捉能力。

在信号测试阶段，团队将该电极应用于常见的脑机接口范式之一：稳态视觉诱发电位（SSVEP）。SSVEP 是目前非侵入式 BCI 中最稳定、准确的信号源之一，在拼写输入、控制机器人等场景中被广泛使用。测试结果显示，这种微针电极在采集 SSVEP 信号时，其准确率与传统凝胶电极相当，甚至在噪声环境和轻微运动下表现更为稳定。

值得一提的是，研究团队还评估了该电极的磁共振成像（MRI）兼容性，发现其在高磁场下无明显伪影或异常发热，意味着未来可用于临床脑功能成像过程中的同步脑电采集。此外，其生物相容性测试也表明，在长时间佩戴过程中不会引发炎症或皮肤反应，适合日常或临床连续监测。

03 SIGNIFICANCE

迈向“零感知”BCI的新起点

这项研究的最大意义，在于它打破了传统 EEG 电极在舒适性与性能之间的权衡瓶颈。通过将 MXene 材料的高导电性与微针结构的穿透特性结合，该电极实现了无需凝胶也能长时间高质量采集 EEG 的目标，为BCI设备真正进入“可穿戴”时代奠定基础。

在未来发展中，我们可以预见，这种微针电极将与无线通信模块、小型化放大器、边缘AI芯片融合，实现随贴即用的脑机系统，像智能手表一样，融入日常生活。此外，它也可能服务于神经康复、癫痫预警、睡眠监测等更广泛的医学应用。对脑机接口行业而言，这意味着从实验室走向市场的“最后一厘米”正在被打通。

新闻来源：Neuroscience

论文参考：DOI: 10.1038/s41586-025-09052-5