脑电信号作为大脑活动的总体反映,反映着大脑的生理特征和病理特征,如正常人清醒时以α波和β波为基本波,睡眠时出现δ波和θ波的特征性变化;阿尔茨海默病患者的γ波减少,癫痫病患者出现散发性棘波和散发性尖波。开发无创、高灵敏、高空间分辨率的脑电信号检测技术不仅有利于了解人类注意、执行、记忆等机制,而且有利于揭示如癫痫、阿尔兹海默病等疾病发生的起源和传播机制。脑电极及其器件是脑机接口获取脑神经活动信息的重要组成,根据电极放置位置脑部电极可以分为头皮电极、脑皮层电极和穿刺性皮质内电极三类,头皮电极的信号检测需经过体液和颅骨传导,信号强度较弱且信号易畸变,穿刺性电极刺到皮质内检测高分辨率信号,但对于脑部的损伤较大,且只能记录一小群神经元的活动。相较于前两者,直接贴在硬脑膜上的脑皮层电极不损伤脑组织,并且无论是在信号的质量、频带宽度、空间分辨率方面均优于头皮电极。植入式脑皮层电极的主要功能是与目标神经组织接触,起到传递电荷的重要作用,传统电极材料所固有的高弹性模量、高致密性、弱生物相容性等均不能满足脑电信号采集的需求,因此,寻找具备低弹性模量、多孔性、湿软性及良好生物相容性的柔性材料显得尤为重要。针对柔性脑皮层电极的需求,本论文从材料上进行创新,选用生物相容性好的壳聚糖作为电极衬底,并通过甘油改性提高衬底的拉伸性,同时也增加其与镓之间的结合力提高电极的稳定性。选用生物毒性较低的液态金属镓作为电极层材料,结合喷墨打印技术,制备出柔性脑皮层电极,将其应用于小鼠大脑初级运动感觉区脑电信号的探测。实验中电极在2 Hz-200 Hz范围内成功采集到了小黑鼠在深度麻醉下大脑初级运动感觉区的脑电信号,经与正常脑电信号示例比较,确定该信号为小鼠麻醉睡眠期发出的θ波,并考察了其电化学性能、生物相容性和可降解性能。电极具有较低的电化学阻抗、较低的生物毒性和可降解性。12通道电极的平均阻值为8.63Ω,平均长阻为370Ω/m,经50%的拉伸,阻值变化率为56%,但仍极小于体内植入电极600 kΩ的阻抗标准;在模拟组织液中浸泡15天后,电极衬底和电极层均发生了降解,壳聚糖单体从衬底中裂解出来,电极阻值变大,平均阻值为780Ω;电极材料浓度在1 mg/m L时,PC12细胞48 h后的存活率保持在80%以上;经计算,电极材料溶血率在6.1%左右,根据非直接接触生物医用材料的标准的评估,符合植入式医疗器械的行业标准。此电极由于具有较好的拉伸性、较低的生物相容性和可降解性,该电极的制备为避免医疗上二次手术感染风险的发生具有重要的实际意义,在疾病的前期诊断和在体电生理学具有较好的应用前景。