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为解决植入式神经电子接口长期稳定性问题，研究人员采用原子层沉积（ALD）在硅基底制备高 k 介电纳米结构 TiO?薄膜，结合紫外激活处理。发现其具良好生物相容性与电性能，为植入式神经接口应用提供新方向。
大脑是人体最复杂的器官，随着全球老龄化加剧，阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病（ND）发病率逐年攀升，给患者家庭和医疗系统带来沉重负担。目前，针对这些疾病的药物治疗进展缓慢，而神经刺激技术作为一种替代性或补充性疗法，正逐渐成为研究热点。然而，开发具有长期耐久性、稳定性和生物相容性的植入式神经元接口，以实现神经功能的有效修复（如神经生物混合体），仍是神经科学和精准医学领域的重大挑战。传统的神经电极分为法拉第型（如贵金属、导电聚合物、IrO?）和电容型（如 TiN、Ta/Ta?O?、HfO?、Ti/TiO?），尽管法拉第电极电荷注入量高，但电容型电极因无化学物质消耗、腐蚀风险低且长期稳定性更优而备受青睐。在此背景下，寻找兼具高介电常数（k）和良好生物相容性的介电材料，以实现大脑与电子设备之间的双向高效通信，成为关键突破点。
意大利国家研究委员会（CNR）等机构的研究人员开展了相关研究，旨在开发基于原子层沉积（ALD）技术的新型植入式神经元接口材料。研究成果发表在《Applied Surface Science》上，为神经电子领域的发展提供了重要参考。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：利用定制的水平热壁管式流动型 ALD 反应器，以钛（IV）异丙醇盐 [Ti (OiPr)?] 为金属前驱体，超纯水为氧反应物，在 p?掺杂型 Si (100) 晶圆上沉积 TiO?薄膜；通过二次离子质谱（SIMS）、X 射线衍射（XRD）、X 射线光电子能谱（XPS）等手段对薄膜的成分、结构和表面性能进行表征；运用电化学方法（如电容 - 电压（C-V）和电流 - 电压（I-V）测试）在模拟体液（SBF）中评估薄膜的介电性能；通过体外培养神经元，利用光学显微镜观察细胞的黏附、生长和存活情况，并通过全细胞电流钳记录进行电生理研究。
TiO? ALD 沉积
研究人员使用定制的 ALD 反应器，在 p?掺杂型 Si (100) 晶圆上成功沉积了 TiO?薄膜。该工艺以 Ti (OiPr)?为金属前驱体，超纯水为氧反应物，确保了薄膜生长的可控性和均匀性。
优化和表征
SIMS 深度剖析显示，Ti 和 O 元素在薄膜中分布均匀，与 Si 基底界面清晰，且碳污染极低，证实了薄膜成分的均质性。XRD 分析表明，所制备的 TiO?薄膜为多晶锐钛矿结构，具有较高的结晶度。XPS 结果显示，薄膜表面存在丰富的羟基基团，为后续的表面改性提供了基础。接触角测量表明，紫外（UV）处理后，TiO?薄膜表面润湿性显著提高，从疏水状态转变为超亲水状态，这有利于聚赖氨酸（PLL）的吸附和神经元的黏附。
电化学性能
在 SBF 溶液中进行的 C-V 和 I-V 测试显示，ALD-TiO?薄膜表现出典型的电容行为，具有较宽的非法拉第电位范围和明显的阴极阈值电压，表明其适用于植入式电容型电极。高介电常数（k 值）的特性进一步增强了神经元与半导体芯片之间的信号传递效率，为双向通信提供了良好的电学基础。
生物相容性和电生理研究
体外神经元培养实验表明，UV 处理后的 TiO?薄膜能够支持神经元的黏附、铺展和存活。光学显微镜观察显示，神经元在薄膜表面形成了良好的网络结构，细胞形态正常。全细胞电流钳记录显示，培养的神经元能够产生稳定的动作电位，且具有良好的被动膜特性（如输入电阻和时间常数），表明 TiO?薄膜与神经元之间具有优异的相容性，能够维持神经元的正常电生理功能。
结论
本研究通过 ALD 技术成功制备了高 conformal、多晶锐钛矿结构的 TiO?薄膜，结合简单高效的 UV 表面激活处理，显著提升了薄膜的表面润湿性和生物相容性。电化学分析证实其具有适合植入式电极的非法拉第行为和高介电常数，体外神经元研究则表明其能够支持神经元的存活和电生理活动。该研究为开发长期稳定、生物相容性优异的植入式神经电子接口提供了新的材料策略和技术路径，有望推动神经假体和神经科学研究工具的发展，为神经退行性疾病的治疗和神经功能修复带来新的希望。研究结果不仅验证了 ALD 技术在生物医学领域的应用潜力，也为介电材料在神经接口中的设计提供了重要的理论和实验依据。
