投資指南｜腦機(jī)接口投資風(fēng)潮——腦電極專利

【原創(chuàng)作者】龍文懋，華東政法大學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。曾參與《中華人民共和國科學(xué)技術(shù)進(jìn)步法》、《中華人民共和國促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化法》、《國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略》等政策、法律的制定、修訂工作。持續(xù)關(guān)注科技創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化。 【原創(chuàng)作者】鄧將富，專利律師 【原創(chuàng)作者】薛東，華東政法大學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)專業(yè)博士研究生

引言： 在全球科技向“智能融合”深度演進(jìn)的時(shí)代浪潮中，腦機(jī)接口（BCI）作為連接生命科學(xué)與信息科技的核心樞紐，被譽(yù)為硬科技領(lǐng)域的“皇冠”。它深度交織神經(jīng)科學(xué)、微納制造、材料工程、生物醫(yī)學(xué)、人工智能等多學(xué)科前沿成果，不僅重塑了人機(jī)交互的底層邏輯，更開啟了人類探索大腦奧秘、突破機(jī)能邊界的全新維度，已然成為衡量國家科技實(shí)力的核心標(biāo)志與國際科技競(jìng)爭(zhēng)的重要領(lǐng)域。作為腦機(jī)接口技術(shù)的核心載體，侵入式腦電極憑借細(xì)胞級(jí)時(shí)空分辨率與超高信噪比的神經(jīng)信號(hào)捕獲能力，成為破解大腦認(rèn)知密碼、實(shí)現(xiàn)人機(jī)跨域協(xié)同的關(guān)鍵支點(diǎn)，其技術(shù)迭代與專利布局直接關(guān)乎全球科技競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略格局。本文以專利分析為核心視角，系統(tǒng)梳理侵入式腦電極的技術(shù)演進(jìn)脈絡(luò)，解析全球重點(diǎn)創(chuàng)新主體的布局策略，前瞻 未來核心創(chuàng)新方向，為行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、國家科技競(jìng)爭(zhēng)力提升提供理論參考與實(shí)踐指引。

在人機(jī)協(xié)同與生命科學(xué)交叉創(chuàng)新的背景下，侵入式腦電極技術(shù)的發(fā)展始終圍繞“精準(zhǔn)捕獲神經(jīng)信號(hào)”與“兼容生物組織特性”兩大核心命題展開。該技術(shù)通過將微電極直接植入大腦皮層，突破了非侵入式 EEG 技術(shù)在信號(hào)質(zhì)量上的先天局限，實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)電生理信號(hào)的高保真解析，為腦科學(xué)研究、神經(jīng)疾病治療、人機(jī)智能融合等前沿領(lǐng)域提供了不可替代的技術(shù)支撐。根據(jù)植入深度，腦機(jī)接口可分為以下兩類：

侵入式：電極直接嵌入皮層內(nèi)部，以手術(shù)創(chuàng)傷為代價(jià)換取最優(yōu)信號(hào)質(zhì)量，但長期植入易引發(fā)免疫排斥、炎癥反應(yīng)及感染等并發(fā)癥；

半侵入式：電極部署于顱骨下、皮層之上，在創(chuàng)傷程度與信號(hào)質(zhì)量間達(dá)成動(dòng)態(tài)平衡，成為銜接侵入式與非侵入式技術(shù)的過渡性優(yōu)選方案。

電極形態(tài)的演進(jìn)呈現(xiàn)從“剛性植入”轉(zhuǎn)向“柔性融合”的規(guī)律。早期以 Utah 陣列為代表的硅基剛性電極，雖實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)信號(hào)采集的初步突破，但因與腦組織的機(jī)械特性失配，長期植入易導(dǎo)致機(jī)械損傷、炎癥反應(yīng)、神經(jīng)元損傷等問題，難以滿足臨床長期應(yīng)用需求。如今，柔性電極已成為全球研發(fā)的絕對(duì)主流方向，通過材料創(chuàng)新（如聚酰亞胺、聚對(duì)二甲苯、聚二甲基硅氧烷及蠶絲蛋白等材料）與結(jié)構(gòu)優(yōu)化（如可拉伸網(wǎng)格、仿生褶皺、神經(jīng)流蘇設(shè)計(jì)），實(shí)現(xiàn)與腦組織的精準(zhǔn)兼容，最大限度降低免疫反應(yīng)與組織損傷，推動(dòng)侵入式技術(shù)從“可植入”向“可長期穩(wěn)定植入”的關(guān)鍵跨越。值得注意的是，非侵入式 EEG 技術(shù)起步較早，而侵入式電極的專利申請(qǐng)直至 2019 年才進(jìn)入爆發(fā)式增長期，這一時(shí)間節(jié)點(diǎn)印證了技術(shù)成熟度與產(chǎn)業(yè)需求的深度耦合，也反映了全球科技資源向這一戰(zhàn)略高地的集中匯聚。

在全球科技競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的背景下，專利已然成為衡量創(chuàng)新實(shí)力、搶占市場(chǎng)話語權(quán)的核心載體。侵入式腦電極領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)呈現(xiàn)鮮明的階段性特征，2015 年與 2020 年的兩波增長潮，對(duì)應(yīng)著柔性電極、多功能集成探針等技術(shù)的爆發(fā)與產(chǎn)業(yè)的跟進(jìn)。這一趨勢(shì)不僅是技術(shù)演進(jìn)與市場(chǎng)需求同步發(fā)展的直接體現(xiàn)，更是全球創(chuàng)新力量集聚侵入式腦電極技術(shù)的現(xiàn)實(shí)投射，反映出各國對(duì)腦科學(xué)與人工智能交叉領(lǐng)域戰(zhàn)略主動(dòng)權(quán)的爭(zhēng)奪。

（一）權(quán)利人格局：高校引領(lǐng)基礎(chǔ)創(chuàng)新，區(qū)域集群彰顯協(xié)同優(yōu)勢(shì)

專利申請(qǐng)主體結(jié)構(gòu)清晰呈現(xiàn)“基礎(chǔ)研究驅(qū)動(dòng)”的行業(yè)特性，大學(xué)與研究機(jī)構(gòu)的專利占比超半數(shù)，凸顯了基礎(chǔ)研究在硬科技領(lǐng)域的戰(zhàn)略基石作用。工科院校憑借在微納加工工藝、仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等領(lǐng)域的深厚積淀，量產(chǎn)了一批自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利，為技術(shù)產(chǎn)業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。以上海交通大學(xué)為例，其研發(fā)團(tuán)隊(duì)曾通過精密的仿真與實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化電極末端的幾何參數(shù)并獲得發(fā)明專利，有效降低了植入損傷。在企業(yè)端，中國上海已形成初具規(guī)模的區(qū)域創(chuàng)新集群，憑借完善的產(chǎn)業(yè)鏈配套與創(chuàng)新生態(tài)，成為國內(nèi)侵入式腦電極技術(shù)的核心陣地，展現(xiàn)出區(qū)域創(chuàng)新協(xié)同的強(qiáng)大活力。

（二）企業(yè)戰(zhàn)略對(duì)比：專業(yè)化聚焦突出，全球化協(xié)同亟待突破

國內(nèi)外企業(yè)的技術(shù)布局普遍呈現(xiàn)“精準(zhǔn)聚焦、專業(yè)深耕”的鮮明特點(diǎn)，圍繞核心工藝、關(guān)鍵材料、系統(tǒng)集成等細(xì)分領(lǐng)域構(gòu)建技術(shù)壁壘，體現(xiàn)了企業(yè)創(chuàng)新對(duì)市場(chǎng)需求的精準(zhǔn)響應(yīng)。然而，從全球競(jìng)爭(zhēng)視角看，行業(yè)普遍存在兩大發(fā)展短板：一是國際化布局深度不足，多數(shù)企業(yè)專利申請(qǐng)集中于本土市場(chǎng)，缺乏通過PCT等途徑構(gòu)建全球?qū)＠W(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)略意識(shí)，難以在國際市場(chǎng)形成有效話語權(quán)，制約了技術(shù)的全球輻射力；二是產(chǎn)學(xué)研合作程度偏低，高校、科研機(jī)構(gòu)及同行企業(yè)的合作研發(fā)專利占比極低，這種“閉門造車”式的發(fā)展模式，不僅制約了技術(shù)迭代速度，也削弱了應(yīng)對(duì)復(fù)雜技術(shù)挑戰(zhàn)的協(xié)同創(chuàng)新能力，難以適應(yīng)全球科技競(jìng)爭(zhēng)的新格局。

（三）美國案例啟示：開放合作與全球布局的戰(zhàn)略價(jià)值

美國創(chuàng)新企業(yè)的布局策略為行業(yè)提供了重要借鑒，以Neuralink和Paradromics為代表的領(lǐng)軍企業(yè)，展現(xiàn)出“系統(tǒng)性布局、開放式創(chuàng)新、高價(jià)值專利構(gòu)建”的核心競(jìng)爭(zhēng)邏輯，其戰(zhàn)略思維與操作路徑值得中國創(chuàng)新主體深入研究：

布局時(shí)效：Neuralink的專利申請(qǐng)時(shí)間僅比中國領(lǐng)先企業(yè)早 1-2 年，但差距核心在于其系統(tǒng)性的全球布局 —— 通過 PCT 途徑同步在美、歐、日、韓等主要技術(shù)市場(chǎng)和消費(fèi)市場(chǎng)密集布局，構(gòu)建了全方位、立體化的專利壁壘，形成“技術(shù)先發(fā) + 全球保護(hù)”的雙重優(yōu)勢(shì)，為其全球市場(chǎng)擴(kuò)張奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；

合作交易：Paradromics積極開展跨主體合作，多項(xiàng)核心專利采用聯(lián)合申請(qǐng)模式，同時(shí)存在明確的專利交易記錄，通過技術(shù)共享、資源整合，構(gòu)建了活躍的開放式創(chuàng)新生態(tài)，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新效率的最大化；

專利價(jià)值：Neuralink的專利組合估值顯著高于行業(yè)平均水平，其高價(jià)值專利涵蓋了柔性帶狀電極設(shè)計(jì)、微米級(jí)觸點(diǎn)陣列制造等核心方向，形成難以逾越的技術(shù)高地，為企業(yè)構(gòu)建了強(qiáng)大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，也彰顯了高價(jià)值專利對(duì)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的支撐作用。

當(dāng)前，侵入式腦電極領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)已告別單純的電極密度競(jìng)賽，轉(zhuǎn)而聚焦“長期生物相容性”與“穩(wěn)定信號(hào)獲取”這一核心矛盾。未來技術(shù)演進(jìn)的核心方向，是實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)與生命組織的深度融合，構(gòu)建“無感兼容、動(dòng)態(tài)適配、功能集成”的仿生神經(jīng)接口，這不僅是技術(shù)發(fā)展的內(nèi)在邏輯，更是滿足人類健康需求、推動(dòng)人機(jī)智能協(xié)同的必然選擇，具體呈現(xiàn)三大創(chuàng)新維度：

（一）材料與結(jié)構(gòu)的智能化演進(jìn)：從被動(dòng)隔離到主動(dòng)親和

在生命科學(xué)與材料科學(xué)交叉創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)下，電極與生物組織的交互模式正發(fā)生根本性變革，從“被動(dòng)適應(yīng)”轉(zhuǎn)向“主動(dòng)協(xié)同”：

電極界面功能升級(jí)：電極界面不再僅是惰性屏障，而是通過表面化學(xué)修飾、集成抗炎/促生長因子等方式，主動(dòng)管理生物反應(yīng)，降低免疫排斥與炎癥反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定植入，為技術(shù)的臨床應(yīng)用掃清關(guān)鍵障礙；

多維協(xié)同設(shè)計(jì)創(chuàng)新：技術(shù)突破不再局限于單一維度優(yōu)化，而是走向材料（如納米復(fù)合材料）、力學(xué)（如柔性可拉伸）、幾何結(jié)構(gòu)（如神經(jīng)流蘇）與植入策略（如低溫輔助植入）的多維度協(xié)同創(chuàng)新，最大化兼容生物組織的動(dòng)態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)“技術(shù)性能”與“生物安全”的雙重優(yōu)化；

智能狀態(tài)轉(zhuǎn)變機(jī)制：采用可降解聚合物載體等創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使電極在植入過程中保持剛性以保障操作便利性，植入后通過體液降解等方式實(shí)現(xiàn)從剛性到柔性的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變，完美平衡手術(shù)安全性與長期生物相容性。

（二）系統(tǒng)集成與功能拓展：從單一功能到多功能交互平臺(tái)

在人工智能與系統(tǒng)工程技術(shù)的支撐下，侵入式腦電極正從“單一信號(hào)采集工具”向“多功能神經(jīng)交互平臺(tái)”演進(jìn)，其應(yīng)用邊界不斷拓展：

多材料異質(zhì)集成：單一材料難以滿足信號(hào)傳導(dǎo)、生物兼容、環(huán)境防護(hù)、機(jī)械支撐等多重需求，未來電極將普遍采用“三明治”式結(jié)構(gòu)，例如聚酰亞胺基底+Parylene防潮層+水凝膠生物界面，通過多材料協(xié)同實(shí)現(xiàn)性能的全方位優(yōu)化，為多功能集成奠定基礎(chǔ)；

多功能單元集成：電極將突破“記錄 / 刺激”的單一功能定位，集成微流體通道（用于靶向給藥）、微型 LED（用于光遺傳學(xué)）等功能單元，成為集“感知-調(diào)控-干預(yù)-反饋”于一體的多功能神經(jīng)交互平臺(tái)，極大拓展應(yīng)用場(chǎng)景邊界，為疾病精準(zhǔn)治療、大腦功能增強(qiáng)等領(lǐng)域提供全新解決方案。

(三）制造工藝：將圍繞“微納工藝的極限” 與 “材料革命的顛覆” 兩條主線展開：

當(dāng)前柔性腦電極制造呈現(xiàn)出三條清晰且互補(bǔ)的技術(shù)路徑：

①“體外精密制造”路徑（當(dāng)前主流與產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)）

以微納加工為核心，無論是階梯醫(yī)療的超薄設(shè)計(jì)、神經(jīng)流蘇的自組裝，還是Neuralink的半導(dǎo)體工藝，都屬于此范疇。該路徑技術(shù)最成熟，是實(shí)現(xiàn)高通道數(shù)、長期記錄的產(chǎn)業(yè)支柱。

②“體內(nèi)原位成型”路徑（前沿顛覆性探索）

以可注射凝膠為代表，追求極致的生物相容性與最小植入損傷。它雖處于實(shí)驗(yàn)室前沿且穩(wěn)定性待突破，但代表了未來工藝范式變革的可能性。

③“植入使能”路徑（臨床轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵橋梁）

包含臨時(shí)硬化法和手術(shù)機(jī)器人，它們不直接制造電極，卻是所有先進(jìn)電極設(shè)計(jì)能否安全、精準(zhǔn)植入大腦的決定性環(huán)節(jié)。

總結(jié)展望

目前，“微納精密加工”與“機(jī)器人輔助植入” 的結(jié)合構(gòu)成了從實(shí)驗(yàn)室走向臨床的主流方案。而可注射凝膠等原位成型技術(shù)，則是極具潛力的未來方向。制造工藝的競(jìng)爭(zhēng)，正圍繞提升現(xiàn)有工藝的極限性能與探索顛覆性的新材料路徑兩條主線展開。

侵入式腦電極技術(shù)的終極愿景，是在動(dòng)態(tài)、柔軟的生命組織與穩(wěn)定、剛性的電子系統(tǒng)之間，搭建一座永久通暢、生物兼容、無感交互的“跨域橋梁”，它不僅是腦科學(xué)研究的“技術(shù)革新”，更是人機(jī)智能融合的“基礎(chǔ)工程”，對(duì)人類健康、科技進(jìn)步以及社會(huì)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。從技術(shù)演進(jìn)過程來看，其發(fā)展已歷經(jīng)“剛性植入-柔性適配-生物融合”的三次范式躍遷，未來的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)將不再是單一技術(shù)指標(biāo)的比拼，而是生物相容性創(chuàng)新、精密制造工藝突破與全球化專利布局能力的綜合較量，是國家科技綜合實(shí)力的直接體現(xiàn)。

對(duì)于創(chuàng)新主體而言，需把握三大核心發(fā)展方向：一是以生物融合為核心，聚焦長期相容性技術(shù)瓶頸，推動(dòng)材料、結(jié)構(gòu)與生物醫(yī)學(xué)的深度交叉創(chuàng)新，夯實(shí)技術(shù)根基；二是以開放式創(chuàng)新為路徑，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同與跨主體合作，構(gòu)建多元共生的創(chuàng)新生態(tài)，提升創(chuàng)新效率；三是以全球化布局為支撐，構(gòu)建全面立體 的專利保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，掌握國際市場(chǎng)話語權(quán)，參與全球科技規(guī)則制定。唯有在這三大維度形成系統(tǒng)性突破，才能在下一代仿生神經(jīng)接口技術(shù)的全球競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，推動(dòng)腦機(jī)接口技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向臨床應(yīng)用，為疾病治療、人機(jī)智能融合等領(lǐng)域開辟新的廣闊空間，為全球科技進(jìn)步與人類福祉提升作出重要貢獻(xiàn)。

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