西北大學突破性打印人工神經元，首次實現與活體腦組織直接對話

4月22日，Inside BCI報道稱，美國西北大學材料科學與工程實驗室取得重大進展：研究團隊利用氣溶膠噴印技術，在柔性聚合物基底上成功打印出人工神經元。這些人工神經元不僅能產生與生物神經元高度一致的動作電位波形，還首次直接與活體小鼠小腦組織切片實現通信，成功觸發真實神經元的響應。該成果于4月15日發表在國際頂級期刊《Nature Nanotechnology》上。

這項技術由西北大學Walter P. Murphy材料科學與工程教授Mark C. Hersam領導，研究副教授Vinod K. Sangwan及神經生物學合作者Indira M. Ram（參數丨圖片）an共同參與。團隊采用的電子墨水由納米級二硫化鉬和石墨烯制成，通過氣溶膠噴印工藝沉積在柔性聚合物基底上。與傳統打印電子學不同，研究人員并未完全燒掉墨水中的穩定聚合物，而是通過部分分解工藝，形成了狹窄的導電細絲，從而賦予器件憶阻器開關特性和真實的尖峰放電動態。

實驗結果顯示，打印人工神經元產生的電壓尖峰在時序和持續時間上與生物動作電位高度匹配，能夠可靠地激活小鼠小腦切片中的真實神經元（包括浦肯野細胞和顆粒細胞）。這是迄今為止首個純打印器件實現與活體神經組織在生物現實電壓和時間尺度上直接交互的案例。此前，打印電子學領域雖已實現人工突觸、反相器等元件，但均未完成與真實腦組織的“對話”。

Hersam教授指出：“大腦的能量效率比數字計算機高出五個數量級。”他表示，這一成果不僅為腦機接口（BCI）和神經假體提供了低成本、可大規模生產的路徑，還可能推動能耗更低的神經形態計算，應用于人工智能、聽覺恢復、視覺修復及運動假體等領域。

與當前主流臨床BCI項目（如Neuralink、Synchron、Precision Neuroscience、Paradromics、INBRAIN）采用的半導體晶圓制造工藝相比，氣溶膠噴印技術可在卷對卷速度下將功能材料沉積于任意柔性基底，單位成本大幅降低。若未來打印神經形態器件能夠部分取代或補充傳統電極，將顯著改變BCI硬件的成本結構，推動高通道數、低成本、柔性化臨床應用的落地。

不過，該研究仍處于臨床前階段，僅在腦組織切片（而非活體動物）上完成測試，且使用的是小腦而非皮層組織。論文未涉及長期生物相容性、腦脊液環境下的電化學穩定性以及多通道陣列擴展等問題。未來里程碑包括實現多通道打印陣列、活體動物驗證以及皮層組織的適配。

西北大學團隊自2012年起便專注于二維材料打印電子學，此次成果標志著其研究從純材料科學向實際應用邁出關鍵一步。