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综述:柔性脑电子传感器推动可穿戴脑机接口发展
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年07月03日 来源:npj Biomedical Innovations
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这篇综述系统阐述了柔性脑电子传感器(FBES)在可穿戴脑机接口(BCI)中的前沿进展,涵盖信号采集机制(如压阻/电容/压电原理)、材料创新(如聚酰亚胺/PDMS复合基底)及结构优化策略,并探讨其在神经疾病诊断(如癫痫/睡眠障碍)、健康管理(如无线EEG监测)和治疗辅助(如运动想象疗法)中的转化潜力,同时指出颅骨信号衰减、生物相容性等关键技术瓶颈。
柔性脑电子传感器的崛起
传统刚性脑电极因机械性能差、易引发组织损伤,逐渐被柔性电子传感器取代。FBES凭借优异的拉伸性(如MXene气凝胶可承受25,000次循环)和生物相容性(如聚酰亚胺植入6个月无降解),成为非侵入式监测的核心工具。通过压阻效应(灵敏度达1,799.5 kPa-1)、电容耦合(微结构PDMS灵敏度提升30倍)等机制,FBES可捕获微弱脑电信号(EEG低至10-50 μV)。
信号采集技术的突破
植入式FBES(如血管内超柔性探针)直接接触脑组织,但面临手术风险;非植入式方案(如耳道 triboelectric 传感器)通过耳蜗采集信号,实现95%的稳态视觉诱发电位(SSVEP)分类准确率。多模态融合成为趋势,例如结合近红外光谱(fNIRS)与EEG的混合BCI系统,可同步监测脑氧饱和度与电活动。
临床应用的三大场景
材料与结构的协同创新
基底材料选择(如聚乙烯醇 terephthalate 耐120°弯曲)与导电组分(如银纳米线/PEDOT:PSS)优化至关重要。仿生结构设计(如复眼微阵列)提升灵敏度,而层级式MXene气凝胶通过可调层间电子通道实现高响应(11 ms)。
未来发展方向
降低功耗(如自供电 triboelectric 传感器)、机器学习辅助信号解码(CNN模型提升分类精度)、跨学科解决颅骨衰减(量子编码抑制声学异质性)将是关键。尽管面临伦理争议,FBES在个性化医疗和脑科学研究中展现出变革性潜力。
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