脑机接口作为一项前沿科技，能够实现人脑与外部机械设备之间的高通量信息交换。它可以使人脑与外部设备连接，通过传感器收集神经信号并转化为电信号等形式，以文字等手段从电子设备上输出大脑的想法，从而实现大脑与机器之间的信息交流。脑机接口主要分为侵入式和非侵入式两类。侵入式需通过开颅手术将电极传感器植入头骨下的脑皮层中，以颅内为接口位置进行信息转化；非侵入式则是将传感器贴于患者颅骨外或头皮上，通过刺激捕获电信号及分析化学传感信号来实现信息的脑机传输。
在脑机接口技术的发展中，化学材料发挥着重要作用。其中，碳纳米材料可分为零维碳材料富勒烯和纳米金刚石、一维碳材料碳纳米管、二维材料石墨烯。这些碳纳米材料具有生物相容性和无毒性，能够提供优越的电荷注入能力和高导电性。其轻量化、多孔性、柔韧性、导电性和稳定性等特点，使高通量电极接口得以提高信号记录质量和刺激效率，成为神经组织工程的有用工具，增强了电极的灵活性。例如，墨尔本大学的研究团队选择性地将化学改性的纳米金刚石沉积在碳纤维微电极上，作为传感器用于脑内神经刺激、高质量的神经元信号记录和神经递质检测。
水凝胶也是脑机接口中常用的化学材料。水凝胶是一种典型的软湿材料，具有独特的三维亲水网络结构，对人体组织友好。它因独特的机械性能、生物相容性、离子电导率、结构可设计等特性而被广泛研究和使用。水凝胶可为多种无机纳米材料提供良好的载体，构建出性能更加出色的复合材料。具有良好导电性、拉伸性、刺激响应性和高韧性的水凝胶，可用于可穿戴传感器、脑机接口电极等。天津大学王伟伟研究团队成功开发出基于弹性体—水凝胶复合物的柔性电极，能够高效检测脑电信号，并应用于脑机接口研究。通过收集和分析脑电图信号，脑机接口能够提供对大量实时大脑信息的访问，包括大脑活动和精神状态。
有机电化学晶体管也是构建脑机接口系统的一种可行方案。它是一种兼具优异离子和电子传导特性的半导体材料，离子—电子相互作用使其可作为生物学和电子学之间的交互接口，能够直接感受电化学反应所产生的电子和空穴的浓度变化，从而实现高灵敏度的信号检测。复旦大学彭慧胜团队结合碳纳米管纤维与有机半导体材料，制备得到柔性可植入纤维状有机电化学晶体管。该器件能实现生物体内化学物质微量变化的稳定检测，且表现出良好的生物相容性和稳定性。它可实现对人体过氧化氢、葡萄糖、多巴胺、谷氨酸等的检测，展现出较高的灵敏度和稳定性。脑内免疫荧光实验表明，未发现器件带来的炎症反应，安全性能良好。尽管脑机接口具有跨时代的研究意义，但它所面临的研究风险仍需重视。安全性以及器件稳定性有待时间验证。目前，我国在该领域的研究应积极与国际接轨，未来将有着广阔的研究空间。
总之，化学材料在脑机接口技术中发挥着重要作用。碳纳米材料、水凝胶和有机电化学晶体管等材料的应用，为脑机接口的发展提供了有力支持。随着技术的不断进步，相信脑机接口将在医疗、科研等领域发挥更大的作用。
