脑机接口正在加速闯关

脑机接口（Brain Computer Interface，BCI）是指一类在大脑与计算机或其他外部设备间进行信息交互的媒介或设备，它通过记录装置采集颅内或脑外的大脑神经活动，通过机器学习模型等对神经活动进行解码，解析出神经活动中蕴含的主观意图等信息，基于这些信息输出相应的指令，操控外部装置实现与人类主观意愿一致的行为，并接收来自外部设备的反馈信号，构成一个交互式的闭环系统，在医学、教育、娱乐和军事等领域拥有重要的应用前景。

近年来，随着脑科学、类脑科学和人工智能技术的不断进步，脑机接口受到了越来越多的关注。“十五五”规划纲要明确提出，推动脑机接口等成为新的经济增长点；2026年全国两会，脑机接口首次被写入政府工作报告，列为国家培育发展的未来产业之一。目前，脑机接口产业正驶入发展快车道，呈现出快速增长的良好态势。根据中国信通院测算，2026年产业规模预计数十亿元人民币，预计2030年的中国市场为100-140亿元。目前，我国脑机接口企业总量已突破200家。近年来，脑机接口企业密集完成融资，市场热度攀升。政策红利与资本加持将助推脑机接口技术成果转化与产业落地，我国脑机接口产业链迎来新的发展机遇。

图 脑机接口技术流程及产业链图

从形式角度看，脑机接口形式分为侵入式、半侵入式和非侵入式三种。脑机接口产业上游包括脑电采集设备（如非侵入式电极和侵入式微电极）、BCI 芯片、处理计算机/数据集和处理算法、操作系统级分析软件和外部嵌套等。中游主要包括脑机接口产品提供商。下游则包括医疗保健、教育培训、游戏娱乐、智能家居、军事国防等各种应用领域。

脑机接口背后的陶瓷封装

植入式脑机接口（BCI）、心脏起搏器、人工耳蜗、神经刺激器等医疗设备需要实现体内高密度电极阵列与体外或体内电子系统之间长期、气密、可靠且低串扰的电连接，即“馈通”功能，该功能的性能直接影响设备的使用效果与使用寿命。

图 植入体结构示意图，来源：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2013.04.054

其中，对于植入式脑机接口BCI而言，随着技术发展对于通道密度的要求不断提高，千通道级的信号传输已成为趋势，同时设备需要适配颅骨曲面及组织微运动环境，这就对馈通器件的柔性、贴合性提出了更为严苛的要求；同时由于植入式设备需长期植入体内，因此其必须具备极高的气密性，以防止体液渗透导致内部电子元件失效，而且要避免对人体组织产生不良影响，满足生物相容性与磁共振成像设备MRI等外部医疗设备的兼容性医疗标准。

现有技术中，针对植入式医疗设备的馈通器件主要有传统的陶瓷/玻璃–金属密封馈通方案和纯聚合物热焊馈通方案。

1.陶瓷–金属密封馈通方案

陶瓷-金属馈通被认为是最有前景的选择之一，它坚固耐用，并且比玻璃-金属馈通或聚合物封装技术具有更高的气密性和更好的电绝缘性能。陶瓷馈通一般以氧化铝陶瓷为绝缘体、铂金属导体为引线，并采用金焊料焊接钛封口环的结构，它具有优异的电绝缘性、生物相容性高、耐腐蚀性和长期密封性能的特点，广泛用于植入式医疗器件领域。

图 陶瓷-金属密封馈通，来源：Integer 

陶瓷绝缘体可以包括多个陶瓷层，可以采用低温共烧陶瓷（LTCC）以及高温共烧陶瓷（HTCC）制备多层馈通装置。随着人造视网膜和脑神经刺激器等植入式器件的发展，目前的陶瓷馈通制作技术已经很难满足高馈通数陶瓷馈通的发展要求，迫切需要开发高引线数、高气密、小型化和生物相容的陶瓷馈通产品。

▲脑机接口小型化的陶瓷馈通件，来源：中科先见

2.玻璃–金属密封馈通方案

玻璃金属气密密封技术通过将金属和玻璃相结合，形成真空密封的馈通件。使用玻璃作为密封材料，可形成防止水分侵入、冷凝和泄漏的气密屏障，与非气密型聚合物密封件相比，可在恶劣环境中提供更可靠的保护。玻璃和金属可以直接密封在一起，无需额外的界面材料，与陶瓷-金属密封替代品相比，降低了工艺复杂度。

图 暖芯迦 视皮层路径视觉脑机接口V-BCI

暖芯迦Nanochap第二代高分辨率视觉脑机接口V-BCI采用高密度馈通结合柔性电极技术，高密度馈通基于生物玻璃基板。暖芯迦自主研发出基于超短脉冲激光的"超小体积生物玻璃气密性封装工艺"，成功在小于16mm²的微小面积内实现生物玻璃材质的气密性封装。

传统的陶瓷/玻璃–金属密封馈通方案存在如下显著缺陷：

（1）陶瓷/玻璃–金属密封馈通的制造过程需要400–1000°C的高温烧结或钎焊工艺，高温环境易导致材料性能发生变化，且能耗较高；

（2）结构整体刚性大，无法与柔性电极电缆实现良好的应力过渡，在人体组织微运动的环境下，易因应力集中导致结构开裂或连接松动；

（3）微米级高密度通孔的加工难度大，加工成本高，良率受限，难以满足千通道级高密度连接的需求。

3.聚合物热焊馈通方案

近年发展的纯聚合物热焊馈通方案，例如以PCTFE（聚氯三氟乙烯）为壳体的聚合物热焊方案，该方案改善了MRI兼容性与结构柔性，能够一定程度上适配组织微运动。

图 Neuralink N1植入体分解图

Neuralink N1采用了PCTFE（聚三氟氯乙烯）聚合物，并涂抹FDA标准的Parylene-C（派瑞林）涂层，PCTFE 拥有目前已知所有高分子塑料中 最低的水蒸气透过率（MVTR）。Neuralink 用它来制作电极丝穿出的“微孔集线板，不需要高温就能加工成型，不会烫坏脆弱的电极丝，同时又能最大限度地把水汽挡在外面。Parylene-C（派瑞林）涂层形成一层没有针孔、极致致密的保护膜，以实现绝对的防潮和气密性密封。

纯聚合物热焊馈通方案存在如下缺陷：

（1）纯聚合物热焊馈通的导线穿出依赖聚合物包覆密封，聚合物材料长期使用过程中易发生水汽渗透，难以达到医疗级长期气密要求，严重影响设备的长期可靠性；

（2）纯聚合物结构在机械强度与耐磨性能上存在不足，长期植入后可能因摩擦、应力等因素导致结构损坏，进而影响电连接及整体器件功能的稳定性。

现有技术中的馈通器件虽满足一定应用需求，但仍难以同时满足长期气密、柔性贴合、低温制造、高通道密度、低串扰等多重性能需求，制约了植入式医疗设备，尤其是侵入式BCI设备的进一步发展与应用。目前，脑机接口距离大规模临床应用仍有距离，开发兼顾各项性能需求的馈通器件势在必行。

资料来源：

1.《脑机接口行业图谱》，清华大学五道口金融学院资本市场与公司金融研究中心

2.基于复合微通孔阵列的气密馈通器件.CN121667726A

3..一种高密度陶瓷馈通制作方法.CN110015890A

4..各公司网站

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