西北大学突破性打印人工神经元，首次实现与活体脑组织直接对话

4月22日，Inside BCI报道称，美国西北大学材料科学与工程实验室取得重大进展：研究团队利用气溶胶喷印技术，在柔性聚合物基底上成功打印出人工神经元。这些人工神经元不仅能产生与生物神经元高度一致的动作电位波形，还首次直接与活体小鼠小脑组织切片实现通信，成功触发真实神经元的响应。该成果于4月15日发表在国际顶级期刊《Nature Nanotechnology》上。

这项技术由西北大学Walter P. Murphy材料科学与工程教授Mark C. Hersam领导，研究副教授Vinod K. Sangwan及神经生物学合作者Indira M. Ram（参数丨图片）an共同参与。团队采用的电子墨水由纳米级二硫化钼和石墨烯制成，通过气溶胶喷印工艺沉积在柔性聚合物基底上。与传统打印电子学不同，研究人员并未完全烧掉墨水中的稳定聚合物，而是通过部分分解工艺，形成了狭窄的导电细丝，从而赋予器件忆阻器开关特性和真实的尖峰放电动态。

实验结果显示，打印人工神经元产生的电压尖峰在时序和持续时间上与生物动作电位高度匹配，能够可靠地激活小鼠小脑切片中的真实神经元（包括浦肯野细胞和颗粒细胞）。这是迄今为止首个纯打印器件实现与活体神经组织在生物现实电压和时间尺度上直接交互的案例。此前，打印电子学领域虽已实现人工突触、反相器等元件，但均未完成与真实脑组织的“对话”。

Hersam教授指出：“大脑的能量效率比数字计算机高出五个数量级。”他表示，这一成果不仅为脑机接口（BCI）和神经假体提供了低成本、可大规模生产的路径，还可能推动能耗更低的神经形态计算，应用于人工智能、听觉恢复、视觉修复及运动假体等领域。

与当前主流临床BCI项目（如Neuralink、Synchron、Precision Neuroscience、Paradromics、INBRAIN）采用的半导体晶圆制造工艺相比，气溶胶喷印技术可在卷对卷速度下将功能材料沉积于任意柔性基底，单位成本大幅降低。若未来打印神经形态器件能够部分取代或补充传统电极，将显著改变BCI硬件的成本结构，推动高通道数、低成本、柔性化临床应用的落地。

不过，该研究仍处于临床前阶段，仅在脑组织切片（而非活体动物）上完成测试，且使用的是小脑而非皮层组织。论文未涉及长期生物相容性、脑脊液环境下的电化学稳定性以及多通道阵列扩展等问题。未来里程碑包括实现多通道打印阵列、活体动物验证以及皮层组织的适配。

西北大学团队自2012年起便专注于二维材料打印电子学，此次成果标志着其研究从纯材料科学向实际应用迈出关键一步。