西安科研力量在柔性脑机接口相关领域取得重大突破

只需一个念头，可让轮椅向前、无人机升空……这些科幻影片里的脑控场景，如今正在西安高校实验室落地生根。

“十四五”时期，西安创新能力实现历史性跃升：获批建设西安区域科技创新中心，全社会研发投入强度稳定保持在5%以上，每万人发明专利拥有量增至95.3件，国家创新型城市排名攀升至全国第6位。雄厚的科教家底，为前沿技术攻关提供了深厚土壤。

扎根这片创新热土，西安电子科技大学集成电路学部教授刘琛深耕柔性脑机接口与类脑器件近10年，在超薄硅纳米膜突触晶体管领域取得世界级突破，让实验室里的“柔性神经丝”，加速转化为服务百姓生活的实际应用。站在“十五五”开局新起点，刘琛团队的科研攻关，正是西安高校扎根前沿、贯通产学研转化链条、培育未来新质生产力的生动缩影。

初心

锚定未来赛道

在西安科创沃土上啃下“硬骨头”

“脑机接口的竞争，表面是算法比拼，底层是材料与器件的较量和融合。想要实现大脑与机器无缝对话，电极必须像生物神经一样柔软贴合，既能精准捕捉微弱脑电信号，又不会损伤脑组织。”谈起研究的初衷，刘琛道出始终坚守的初心。

回溯来时路，“十四五”时期西安科教资源持续迸发活力，央地协同、省市联动不断深化，秦创原创新驱动平台全面起势，科技成果转化“三项改革”持续为科研人员松绑，一大批驻陕高校放开手脚布局未来产业赛道。

从美国访学归来的刘琛，毅然选择扎根西安电子科技大学。当时，国内脑机接口产业刚刚起步，市面上的刚性电极易引发炎症、信号稳定性差。依托西电科大重点实验室平台和西安持续高强度的研发投入保障，刘琛很快锁定柔性突触晶体管、植入式脑机接口电极、可降解神经电子三大主攻方向，立志攻克“刚性器件与生物组织不兼容”这一行业共性难题。

“我在集成电路这一行待久了，有一个很深的体会：芯片的性能再强，最后都要靠实践去检验。”刘琛说，传统脑机接口用的是刚性电极，像一根根硬针插在脑组织或贴在头皮上，信号能采到，却有两个绕不过去的坎：一个是生物相容性——硬的东西长期待在柔软的组织里，炎症、瘢痕、信号衰减都是问题；另一个是长期稳定性——戴不住、用不久，就谈不上真正走进人们的生活。

这些年，刘琛先后承担国家自然科学基金面上项目、重点子课题、陕西省自然科学基金等多项国家级、省部级科研项目。在西安优化人才创新生态、一体推进教育科技人才协同发展的政策加持下，团队汇聚微电子、材料物理、神经工程多学科青年骨干，逐步形成基础器件攻关—系统集成开发—场景示范应用的完整科研链条，成为西安布局脑机接口未来产业的一支中坚力量。

攻坚

破解材料界面难题

打通柔性器件从实验室走向产业化的堵点

“说到底，我想做的，是让脑机接口从实验室里的样机变成人能真正用起来的好东西，而柔性化，就是迈过这条鸿沟必须过的那道坎。”刘琛说，“西安在集成电路、柔性电子、生物医学工程上都有积累，这个方向在西电科大、在西安，是能扎下根、做出东西来的。”

柔性硅纳米膜是脑机接口电极、类脑芯片的核心材料，薄如蝉翼、电学性能优异，但两大技术瓶颈长期制约产业化落地：一是硅纳米膜表面缺陷多，界面电荷难以精准调控，无法稳定模拟人脑突触的学习记忆特性；二是传统介电层脆性大，反复弯折极易断裂，难以长期贴合人体脑组织与皮肤，无法满足可穿戴、植入式设备的使用要求。

难题面前，刘琛没有止步于纯理论研究，而是紧扣西安“十五五”科技创新导向——坚持“以产定研、研为产用”，把科研目标对准产业链真实痛点，主动对接光子、人工智能、XR等产业创新中心建设需求，围绕未来人机交互、智慧医疗赛道开展技术攻关。

为破解界面电荷“雾里看花”的调控难题，刘琛联合北京大学深圳研究院、香港中文大学（深圳）科研力量，组建跨校创新联合体，把理论仿真、材料制备、器件测试串联起来。数百次配方迭代、上千轮弯折可靠性试验，团队终于找到突破口：在超薄硅纳米膜上集成有机—无机混合栅介质，给半导体薄膜穿上一层“柔性外衣”，既大幅提升器件抗弯折能力，又实现突触电流的线性可控。

“如果没有西安持续完善的中试验证体系，再好的实验室样品也很难走向量产。”刘琛坦言。“十五五”期间，西安明确提出将产业创新中心建在产业链群上，到2030年累计建成市级以上概念验证中心和中试验证平台100家，为高校前沿成果提供工艺试制、可靠性检测、小批量试产等共性服务。依托西电科大自有中试平台，再加上秦创原开放共享的验证资源，团队不再为工艺试制发愁，大幅缩短了从样品到产品的研发周期，顺利完成上万次弯折循环稳定性测试，啃下了柔性器件产业化的关键硬骨头。

突破

找到“金钥匙”

科研成果在顶尖期刊刊发

2025年1月，团队的核心成果《超柔性高线性硅纳米膜突触晶体管阵列》刊发于国际材料科学领域顶尖期刊《Advanced Materials》，西安电子科技大学为第一完成单位，标志着我国在柔性神经突触器件领域跻身全球第一梯队。

这款自主研发的硅纳米膜突触晶体管阵列，多项关键指标达到国际领先水平。第一，超柔性、超耐用。器件在曲率半径仅2.2毫米的极端弯折下，经历10000次弯折循环后，电学性能几乎无衰减。这意味着，它能在真实、复杂、动态的使用场景中长期稳定工作。第二，能像神经元一样精确调控。通过调控栅极脉冲的电压和宽度，可以精准控制突触后电流，生动模拟生物神经网络的学习与记忆过程——这是它作为“类脑器件”的灵魂所在。第三，线性度极佳、真能干活。器件在长时程特性中展现出卓越的线性度，用于手写数字识别，准确率达到93.2%，证明它不是实验室里的“花架子”，而是能实实在在跑通任务的器件。

“这三个优势加在一起，指向的是同一个目标：为下一代可穿戴神经形态电子设备——从健康监测、人机交互，到需要与生物体共形贴合的脑机接口、生物假体、人形机器人——提供一种真正可用的候选器件。”刘琛说，这也与我们做柔性脑机接口的主线完全打通：柔性，让脑机接口“贴得住”；高线性、类突触可控，让它“算得准”。

这一重大突破，既是西安“十四五”时期高强度研发投入结出的硕果，也契合西安“十五五”科技创新布局：西安正加快建设光子、XR、空天动力、人工智能等一批产业创新中心，大力发展集成电路、柔性电子、具身智能等未来产业。刘琛的柔性突触器件，恰好可以为光子传感终端、XR人机交互设备、脑机智能装备提供核心元器件支撑，实现基础研究与产业链群的精准对接。

展望

融入科创大局

打造脑机接口产业西安策源地

“十四五”打下坚实根基，“十五五”接续乘势而上。

未来五年，西安将紧盯国家重要科研和文教中心、高新技术产业和制造业基地两大目标，全速推进西安区域科技创新中心建设，从建强战略科技力量、深化科创与产业融合、一体推进科教人才协同、优化全域创新生态四大方向持续发力。

“未来，我们将在科研上把器件做进系统、把性能顶上去；产业化上借西安的产业链和真实场景，稳步把柔性脑机接口从‘好器件’推向服务老百姓生活的好东西。”刘琛说，他们将深度嵌入西安未来产业布局：依托本地产业链把工程化做扎实——西安的半导体、军工电子、柔性电子基础很厚，中试、打样、封装等环节本地都能找到协作对象；借助“十五五”西安布局产业创新中心的机会，把中试和公共测试环节做起来；同时通过真实场景牵引落地，让科研成果更有说服力、更“接地气”，沿着产学研的路子，把高校的源头创新和企业侧的工程化、市场能力接起来。

一根薄如发丝的柔性硅纳米膜，承载着一支科研团队近十年的坚守，也折射出一座城市创新能级的跃升。从“十四五”研发投入强度稳居5%以上、发明专利数量实现翻倍增长，到“十五五”谋定产业创新中心布局、布局百家中试验证平台、持续放大场景牵引效应，西安正在把雄厚的科教资源源源不断转化为新质生产力。

在西安区域科技创新中心建设的宏大蓝图之下，光子、XR、空天动力、脑机接口等一个个未来赛道多点开花，西安高校的前沿科研成果不断走出实验室、走进产业园、走向民生应用。面向“十五五”新征程，古都西安正以秦创原为创新枢纽、以产业创新中心为载体、以应用场景为牵引，持续打通创新链条堵点，培育“热带雨林”式创新生态。随着越来越多像刘琛团队一样的科研力量扎根未来赛道，更多前沿技术将从“实验室突破”迈向“产业化爆发”，让西安真正成为未来产业策源高地和创新动力源。

记者　王涛