在全球范围内，超过4.66亿人遭受听力损失困扰，其中重度至极度耳聋患者需依赖耳蜗植入（Cochlear Implant, CI）恢复听觉。传统标准电极阵列（Standard Electrode Array, SEA）由铂或铂铱合金制成，通过手动组装并包裹生物相容性硅胶，其刚度（杨氏模量约210 GPa）与耳蜗内脆弱的基底膜（约50 kPa）相差七个数量级，导致植入过程中易引发组织创伤、电极移位或插入不完整。此外，SEA的电荷传输效率受限于小电极表面积，难以满足安全刺激的电荷密度要求（如Shannon阈值）。
为突破这些局限，法国上法兰西综合理工大学（Université Polytechnique Hauts-de-France）的研究团队在《Sensors and Actuators Reports》上发表论文，提出一种创新的可控薄膜电极阵列（Thin-Film Electrode Array, TFEA）。该阵列采用微加工技术制备，以SU-8光刻胶为基底，金电极通过蒸发与湿法刻蚀成型，总厚度仅10 μm，显著降低了刚度。TFEA包含20个矩形金电极，沿25 mm长度分布，电极表面积从顶端0.16 mm²至基底0.4 mm²梯度增加，确保电荷注入容量（Charge Injection Capacity, CIC）和电荷存储容量（Charge Storage Capacity, CSC）在安全范围内。
研究团队进一步集成导电聚合物（Electrochemically Controlled Polymer, ECP）微驱动器，通过低电压（1–3 V）调控TFEA曲率，实现在3D打印耳蜗模型（3D-Printed Cochlea Model, 3D-PCM）中的自适应插入。实验表明，TFEA的弯曲刚度（0.015 N/m）仅为商用SEA的1/20，插入摩擦力大幅降低；驱动器在生理电解液中可产生550 μN推力，使TFEA尖端脱离外壁并贴近耳蜗中轴（模iolus壁），最终实现近360°的全深度插入。
关键技术方法
研究采用微加工工艺在临时硅衬底上逐层构建TFEA：首先沉积二氧化硅牺牲层，旋涂SU-8光刻胶并光刻成型；依次蒸发铬/金层并湿法刻蚀形成电极电路；通过氧等离子体刻蚀实现上下电极导通；最后去除牺牲层释放柔性TFEA。电化学表征通过循环伏安法（Cyclic Voltammetry, CV）和计时电位法测定CSC与CIC，阻抗谱（EIS）分析电极稳定性。力学测试采用微力传感器测量TFEA与驱动器的刚度，插入实验在充满离子液体的3D-PCM中完成，通过电压调控驱动器弯曲轨迹。
研究结果
3.1 TFEA微加工与电化学性能
SU-8 TFEA的电极通过双层光刻与反应离子刻蚀实现可靠互联（图3d）。电化学测试显示，电极在人工外淋巴液（Artificial Perilymph, AP）中的阻抗低于1 kΩ（1 kHz），CSC随电极面积增大而升高（图4a）。脉冲刺激下，电荷密度均位于Shannon安全线（k=1.8）以下，仅最小电极（0.00076 cm²）略超限（图4d），表明大表面积电极可安全用于神经刺激。
3.2 力学特性与植入效果
TFEA的刚度（0.015 N/m）远低于SEA，耦合驱动器后升至4.017 N/m，但仍为SEA的1/20（图5b）。插入力测试表明，TFEA在3D-PCM中的摩擦力显著低于SEA（图5d）。驱动器在1 V电压下5秒内可达最大曲率半径（4 mm），耦合TFEA后曲率半径增至9 mm（图6）。在3D-PCM中，施加1.5–3 V电压可使TFEA脱离外壁，沿模iolus壁推进至360°插入深度（图7–8），且无电极断裂或短路。
结论与意义
本研究开发的SU-8 TFEA结合ECP微驱动器，首次实现了耳蜗植入过程中电极曲率的动态调节，有效降低了组织创伤风险。TFEA的大表面积电极保障了电荷注入安全，微加工技术为批量生产个性化阵列奠定基础。未来通过优化驱动器力-位移性能、结合闭环传感控制及体内验证，有望推动耳蜗植入向精准化、微创化发展。
