机械学院吴豪尹周平团队在神经外科术中监测领域取得新成果

华中科技大学讯（通讯员杨淦光）3月11日，著名综合性学术期刊《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS）刊发机械学院吴豪教授、尹周平院士团队在柔性电子医工交叉领域的新成果，题为“A soft electrode array with reconfigurable hydrogel interfaces for high-fidelity neurophysiological monitoring duringcraniotomy（可重构水凝胶电极阵列用于开颅手术术中高保真神经电生理监测）”。学院2022级博士生杨淦光、庞博，2023级硕士生龚航宇为论文共同第一作者，吴豪教授、尹周平院士、新加坡国立大学吴昌盛教授为共同通讯作者。

在神经外科领域，开颅手术是治疗脑肿瘤、创伤性脑损伤等神经系统疾病的关键途径，术中大脑皮层电生理活动的精准监测在避免术中神经功能缺损、实现病灶部位精准切除中具有重要意义。尽管目前已经开发了多种商用颅内电生理监测技术，但仍存在如模量大、成本高以及采集信号质量较低等缺陷。近年来，柔性电子器件凭借优异的可拉伸性、力学适应性与生物相容性等特性，在颅内神经电生理监测领域展现出广阔的应用前景。然而，当前开颅手术术中神经生理监测面临着多重核心技术挑战：（1）颅脑表面湿润光滑，导致器件难以与颅脑界面实现紧密黏附，严重阻碍信号稳定采集；（2）大脑组织具有复杂轮廓、超低模量且质地脆弱的特点，与现有监测器件存在严重力学失配问题，无法实现共形耦合；（3）开颅手术耗时长，电极器件长期暴露于颅内极端环境，且为配合手术操作需反复定位，极易造成器件性能急剧衰减，大幅降低信号质量，难以实现可持续高质量神经信号监测。

为解决上述技术挑战，研究团队开发了可重构水凝胶电极阵列，实现开颅手术期间可持续、高保真神经电生理信号监测。本研究提出溶液触发水凝胶界面层重构策略，当开颅手术测试期间水凝胶传感界面层性能衰减时，通过溶液触发界面层拆卸更换，进而构建可持续稳定耦合的器件/颅脑界面。此外，由于柔性电极阵列具有优异的湿黏附与抗溶胀性能，能够与湿润的脑组织形成牢固黏附，大幅提升电极的刺激与采集性能。该电极阵列可通过水凝胶界面层重构，实现体感诱发电位（SSEP）信号的高质量稳定监测，可有效缓解手术操作过程中运动伪影干扰，同时避免因电极反复定位引发的性能衰减问题。

可重构水凝胶电极阵列的设计

在动物创伤性脑损伤（TBI）模型中，该电极阵列能够精准捕捉体感诱发电位信号的波幅衰减特征，实现脑损伤区域的快速定位。在神经阻滞实验中，与商用电极相比，该电极阵列在水凝胶界面重构前后，均能以更低的刺激电流诱发出更高质量的运动诱发电位（MEP），实现神经阻滞过程及神经功能恢复过程的精准监测。相较于现有监测技术，该电极阵列在开颅手术中脑功能状态的精准评估与手术安全性提升方面具有明显优势，在神经外科手术监测领域展现出广阔的应用前景。