作为神经电生理信号检测的核心部件,神经电极可以对神经电生理信号的原位采集和同步检测,实现脑神经网络活动的解读,是发现重大神经类疾病发病机制的重要途径。然而目前临床上使用的神经电极大都是基于硅基材料的刚性神经电极,该神经电极的力学性能与神经组织之间存在巨大的差异,神经电极-脑组织界面的机械性能不匹配问题在植入使用过程中极易对脑组织造成损伤,引发严重的免疫炎症反应。因此,发展长期稳定且机械性能匹配的柔性神经电极-脑组织界面是当前神经电极领域亟需重点攻关的研究课题。为了满足神经科学研究对神经电极的拉伸性能的更高要求,开发新型的柔性可拉伸神经电极,解决目前长期植入过程中的组织损伤问题,提高电生理信号检测的长期稳定性,成为本论文的主要研究内容。以镓铟合金为代表的液态金属材料以其良好的生物相容性、高导电性和优异的拉伸性能受到国内外研究人员的广泛关注。本论文结合液态金属和柔性高分子PDMS材料,利用丝网印刷技术和微纳加工技术制备了柔性可拉伸的液态金属神经电极阵列,开展了液态金属电极阵列在离体海马神经元细胞放电信号和大鼠癫痫病症实时监测的两个实际应用,具体研究内容如下:针对液态金属流动性强和表面氧化膜不均匀等问题,利用超声法制备了液态金属微纳米颗粒,选择正癸醇作为超声溶剂,制备出平均粒径为2.5μm的液态金属微纳米颗粒,并以液态金属颗粒为丝印油墨,利用丝网印刷技术制备出最高分辨率达到50μm线宽的液态金属电极阵列。往复拉伸实验结果表明液态金属电极具有良好的拉伸性能,最大可拉伸到108%强度依然保持电学性能的稳定。同时,为了增强液态金属电极的稳定性,利用磁控溅射技术对电极记录位点进行封装,体外实验结果表明,磁控溅射铂颗粒可以显著提高液态金属电极的长期稳定性,并且显著降低神经电极的界面阻抗,为后续的神经信号采集奠定了实验基础。在液态金属神经电极基础上,对于离体神经元信号监测,制备出多通道液态金属柔性神经电极阵列,以此解决传统商用多通道电极阵列制备工艺复杂、生产成本较高且与神经元细胞机械性能不匹配等缺陷。体外细胞实验表明,多通道液态金属神经电极阵列具有良好的细胞相容性,培养在液态金属电极表面的原代海马神经元细胞表现出良好的生物活性,神经元突触紧密贴附在液态金属电极表面,突触得到充分生长铺展。长期培养实验表明在液态金属电极培养海马神经元细胞可达30天,验证了液态金属电极的长期稳定性。最后,多通道液态金属神经电极阵列展现出良好的神经信号采集能力,实现了离体海马神经元放电信号的实时检测,可以清晰地记录到海马神经元不同类型的放电信号,最高幅值达到40μV,为柔性微电极阵列的研发提供了新的技术参考方案。传统植入式神经电极与脑组织机械性能不匹配、无法与脑组织紧密贴合等局限,利用制备出的柔性可拉伸的液态金属神经电极阵列开展了大鼠癫痫信号的实时监测应用。液态金属神经电极阵列具有良好的拉伸稳定性,经过2000次循环拉伸测试后,电化学交流阻抗基本保持不变。同时体内慢性实验结果表明液态金属神经电极具有良好的组织相容性和长期稳定性,对植入部位周围组织未造成影响。最后利用液态金属神经电极成功实现了大鼠癫痫信号的实时监测,液态金属电极与大脑皮层紧密贴合,完整记录了癫痫发作全过程的场电位信号,验证了液态金属神经电极阵列在神经电生理领域的潜在应用,未来有望应用于癫痫疾病发作预警和诊断等相关领域。综上所述,本论文将液态金属图案化电极的加工精度提高到50μm,结合PDMS基底制备出柔性可拉伸的液态金属神经电极,并成功实现了海马神经元细胞放电信号和大鼠癫痫信号的实时监测。液态金属柔性可拉伸神经电极为解决现有刚性神经电极力学性能较差提供了参考方案,在脑机接口和神经疾病诊断等领域有着广泛的应用前景。