Nat Sensors | 谢曦团队开发射频辅助植入柔性微电极技术

近日，中山大学电子与信息工程学院谢曦教授团队在NatureSensors期刊上发表了文章Soft implantation of flexible electronic hairs via tip-focused radiofrequency perforation for in-tissue electrophysiology，提出了一种基于“尖端聚焦射频穿孔”的柔性微电极“软植入”策略，实现了无需手术或针头辅助，即可将柔性电极丝直接植入高密度生物组织（如皮肤与肌肉）内部。人类历史上一直靠刚性针头插入生物组织，本工作首次实现了将柔性微电极不靠针头直接插入在皮肉组织里。该方法在动物模型验证了其 良好 相容性与稳定 的 电 耦合 性能，为半植入式可穿戴电生理设备、神经肌肉康复治疗及智能假肢控制提供新的 技术路径 。

柔性植入式微电极具有出色的机械顺应性，能适应生物组织和肌肉活动，有望实现长期可穿戴的深层组织肌电图记录与刺激。柔性微丝电极的植入通常需要侵入性手术或尖锐刚性针头辅助插入，存在出血、微电极与组织耦合松动、以及微电极侧壁粘合剂固定不相容等问题。 尤其对于肌肉等高模量组织，传统柔性电极难以直接插入，需借助刚性针管辅助，这与柔性材料的本征顺应性相矛盾。针对上述 难题 ，谢曦团队提出了一种射频热穿孔 辅助 柔性电极 微 丝 直接插入生物组织的新技术。该“射频 软植入 柔性电极 ” 技术的原理，是 通过在柔性电子丝尖端施加局部化射频电场，在组织中形成仅数十微米范围的瞬时热穿孔，使 柔性微 电极能够以极微创的方式 便捷地插入 组织内部 。射频效应还能避免电极插入引起 出血 ， 具有 良好的 生物相容性和紧密 的 生物电耦合效应 ，适用于活体深部组织的电信号记录或者电刺激应用。 由于植入后的 微电极 丝直径细、柔性高，其形态与生物毛发相似，因此研究团队将其形象地命名为“柔性电子毛发”。

研究团队基于可控射频耦合系统，实现了对柔性电子毛发尖端射频功率与穿孔 能量 的精确调控。实验结果显示，局部电场诱导的热效应高度局限 化 ，仅在组织表层产生暂态微孔并 能若干小时内 恢复组织完整性。通过进一步在电极侧壁修饰可溶性支撑层与生物黏附涂层 ， 柔性电子毛发可在组织内实现稳固锚定和 紧密 电信号耦合。与传统针式电极相比， 尖端聚焦射频 技术赋予柔性电子毛发以下突出优势：1 ） 无出血、低损伤：射频穿孔形成的微热通道有效避免机械撕裂；2 ） 高顺应性与长期稳定性：柔性电丝可与组织协同运动，减少电极位移与界面松动 ；3） 即插即用的半植入应用：无需缝合或固定即可实现稳定记录与电刺激；4 ） 良好的可扩展性：可兼容多通道阵列与多种柔性电极材料体系。

团队在大鼠、兔子、猪 和 青蛙等动物模型中验证了 尖端聚焦射频 技术的可行性与生物安全性。植入后的柔性电子毛发能够稳定采集高信噪比的肌电信号，并在 机器学习辅助 解码下实现肢体运动预测及假肢控制。组织学、分子生物学及行为学分析均表明， 尖端聚焦射频技术 植入过程对组织损伤极小、炎症反应轻微，且长期植入后电极-组织界面阻抗稳定。 这种“射频辅助 软植入” 方法， 为柔性 电极 在高模量组织中的直接植入提供了通用技术平台， 具有 在可穿戴电生理监测、智能康复及人机交互等方向的 潜在 应用前景。

图 1：柔性电子毛发尖端聚焦射频穿孔生物组织的技术示意图

谢曦教授为 本论文的唯一 通讯作者 ，黄爽博士、黄新烁博士以及姚传捷为共同第一作者 。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s44460-025-00004-0

制版人： 十一

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